3.5
交流伺服电动机调速系统及其控制

由于直流伺服电动机具有优良的调速性能，20世纪80年代初至90年代中，在要求调速性能较高的场合，直流伺服电动机调速系统的应用一直占据主导地位。但它存在一些固有的缺点，即电刷和换向器易磨损，维护麻烦，结构复杂，制造困难，成本高。而交流伺服电动机则没有上述缺点。特别是在同样体积下，交流伺服电动机的输出功率比直流电动机高10%～70%，且可达到的转速比直流电动机高。因此，人们一直在寻求交流电动机调速方案，来取代直流电动机调速方案。

1.交流伺服电动机的分类及结构

交流伺服电动机按电动机种类可分为同步型和异步型（感应电动机）两种。数控机床进给伺服系统中多采用永磁式同步电动机，同步电动机的转速是由供电频率所决定的，即在电源电压和频率固定不变时，其转速稳定不变。由变频电源供电给同步电动机时，能方便地获得与频率成正比的可变速度，得到非常硬的机械特性及宽的调速范围。同步电动机原理与两相交流异步电动机相同，定子上装有两个绕组：励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相隔90°。同步电动机原理如图3-15所示。

2.交流伺服电动机的接线

交流伺服电动机常用的接线方式有两种：励磁绕组接线和控制绕组接线。其接线方式如图3-16所示。

励磁绕组中串联电容的目的是为了产生两相旋转磁场。适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近90°，因此便产生旋转磁场，在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。

例如，通过选择电容，可使交流伺服电动机电路中的电压、电流的相量关系如图3-17所示。

3.交流伺服电动机的特点及应用

1）交流伺服电动机的力矩特性 当 U ₂ =0V而 U ₁ 仍存在时，伺服电动机似乎呈单相运行状态，但与单相异步电动机不同。单相电动机起动运行后，若出现单相运行状态，电动机动仍能转动；而伺服电动机却不同，当出现单相电压时，电动机不能转动。

原因：交流伺服电动机转子电阻设计得较大，所以在 U ₂ =0时，交流伺服电动机的 T = f （ s ）曲线如图3-18所示。

2）交流伺服电动机的机械特性 当 U ₂ =0时，脉动磁场分成的正/反向旋转磁场产生的转矩 T ′、 T ″的合成转矩 T 与单相异步电动机不同。合成转矩的方向与旋转方向相反，所以电动机在 U ₂ =0时，能立即停止，以免失控，体现了控制信号的作用。交流伺服电动机的机械特性曲线如图3-19所示。

在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用下，电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。

控制电压 U ₂ 大小变化时，转子转速相应变化，转速与电压 U ₂ 成正比。 U ₂ 的极性改变时，转子的转向改变。

3）交流伺服电动机的应用 交流伺服电动机的输出功率一般为0.1～100W，电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广泛，如用在数控机床、自动控制、温度自动记录等系统中。 QKuGa/TJEQvXi30PFdwelJLbpzAmqDKVyp2t4i/Chpgegt2NitsCaZNnOk7YcCuB