交流伺服電機的基本結(jié)構(gòu)與工作原理

交流伺服電機通常都是單相異步電動機，有鼠籠形轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種結(jié)構(gòu)形式。與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上有兩個繞組，即勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組在空間相差90°電角度。固定和保護定子的機座一般用硬鋁或不銹鋼制成?；\型轉(zhuǎn)子交流伺服電機的轉(zhuǎn)子和普通三相籠式電機相同。杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機的結(jié)構(gòu)如圖3-12由外定子4，杯形轉(zhuǎn)子3和內(nèi)定子5三

部分組成。它的外定子和籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電機相同，轉(zhuǎn)子則由非磁性導(dǎo)電材料（如銅或鋁）制成空心杯形狀，杯子底部固定在轉(zhuǎn)軸7上?？招谋谋诤鼙。ㄐ∮?.5mm），因此轉(zhuǎn)動慣量很小。內(nèi)定子由硅鋼片疊壓而成，固定在一個端蓋1、

8上，內(nèi)定子上沒有繞組，僅作磁路用。電機工作時，內(nèi)﹑外定子都不動，只有杯形轉(zhuǎn)子在內(nèi)、外定子之間的氣隙中轉(zhuǎn)動。對于輸出功率較小的交流伺服電機，常將勵磁繞組和控制繞組分別安放在內(nèi)、外定子鐵心的槽內(nèi)。交流伺服電機的工作原理和單相感應(yīng)電動機無本質(zhì)上的差異。但是，交流伺服電機必須具備一個性能，就是能克服交流伺服電機的所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即無控制信號時，它不應(yīng)轉(zhuǎn)動，特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動時，如果控制信號消失，它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動。而普通的感應(yīng)電動機轉(zhuǎn)動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動。當(dāng)電機原來處于靜止狀態(tài)時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組通電產(chǎn)生脈動磁場。可以把脈動磁場看成兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉(zhuǎn)速，向相反方向旋轉(zhuǎn)，所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應(yīng)出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為零，伺服電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號，控制繞組就要接受與之相對應(yīng)的控制電壓。在一般情況下，電機內(nèi)部產(chǎn)生的磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以看成是由兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值不等（與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場大，與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場?。韵嗤乃俣?，向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉(zhuǎn)者大，反轉(zhuǎn)者小）合成力矩不為零，所以伺服電機就朝著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動起來，隨著信號的增強，磁場接近圓形，此時正轉(zhuǎn)磁場及其力矩增大，反轉(zhuǎn)磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負載力矩不變，轉(zhuǎn)子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相180o，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相反，因而產(chǎn)生的合成力矩方向也相反，伺服電機將反轉(zhuǎn)。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機產(chǎn)生的磁場將是脈動磁場，轉(zhuǎn)子很快地停下來。為使交流伺服電機具有控制信號消失，立即停止轉(zhuǎn)動的功能，把它的轉(zhuǎn)子電阻做得特別大，使它的臨界轉(zhuǎn)差率Sk大于1。在電機運行過程中，

如果控制信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產(chǎn)生一個脈動磁場，此脈動磁場可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成。圖3-13畫出正向及反向旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體后產(chǎn)生的力矩一轉(zhuǎn)速特性曲線1、2，以及它們的合成特性曲

線3。圖3-13b中，假設(shè)電動機原來在單一正向旋轉(zhuǎn)磁場的帶動下運行于A點，此時負載力矩是。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉(zhuǎn)化為脈動磁場，它可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成，電機即按合成特性曲線3運行。由于轉(zhuǎn)子的慣性，運行點由A點移到B點，此時電動機產(chǎn)生了一個與轉(zhuǎn)子原來轉(zhuǎn)動方向相

反的制動力矩。在負載力矩和制動力矩的作用下使轉(zhuǎn)子迅速停止。必須指出，普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態(tài)下工作，不對稱運行屬于

故障狀態(tài)。而交流伺服電機則可以靠不同程度的不對稱運行來達到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通異步電動機的根本區(qū)別。