交流伺服电动机的特点及应用

交流伺服电动机实质上就是一种微型交流异步电动机。其定子结构与电容运转单相异步电动机相似。如图4-2所示，交流伺服电动机的定子圆周上装有两个互差90°电角度的绕组，一个叫励磁绕组f，另一个叫控制绕组C，励磁绕组与交流电源Uf相连，控制绕组接输入信号电压Uc，所以交流伺服电动机又称两相伺服电动机。

交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但转子的电阻比一般异步电动机大得多。为了使伺服电动机输入信号能有快速的反应，必须尽量减小转子的转动惯量，所以转子一般做得细而长。近年来，为了进一步提高伺服电动机的快速反应性，采用了如图4-3所示的空心杯型转子。这种结构的伺服电动机其定子有内、外两个铁芯，均用硅钢片叠成。在外定子铁芯上装有在空间上相差90°电角度的两相绕组，而内定子铁芯则用以构成闭合磁路，减小磁组。在内、外定子之间有一个空心杯型的薄壁转子，由铝或铝合金的非磁性金属制成，壁厚为0.2～0.8 mm，用转子支架装在转轴上。空心杯型转子的特点是转子非常轻，转动惯量很小，能极迅速和灵敏地转动和停止。缺点是气隙稍大，因此空载电流大，功率因数和效率低。

图4-2　交流伺服电动机原理图

图4-3　空心杯型转子异步电动机

1—外定子铁芯；2—内定子铁芯；3—定子绕组；4—杯形转子；5—转子支架。

交流伺服电动机的工作原理和电容运转单相异步电动机相似。在没有控制信号时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子上没有电磁转矩作用而静止不动。当有控制电压时定子就在气隙中产生一个旋转磁场，并产生电磁转矩使转子沿旋转磁场的方向旋转。

由于电磁转矩的大小决定于气隙磁场的每极磁通量和转子电流的大小和相位，也即决定于控制电压Uc的大小和相位，所以可采用下列三种方法来控制电动机，使之启动、旋转、调速和停止。

1.幅值控制

幅值控制即保持控制电压Uc的相位角不变，仅仅改变其幅值大小。(www.xing528.com)

2.相位控制

相位控制即保持控制电压Uc的幅值不变，仅仅改变其相位。

3.幅相控制

幅相控制即同时改变控制电压Uc的幅值和相位。

交流伺服电动机与单相异步电动机相比，有三个显著特点。

（1）启动转矩大。由于转子电阻很大，定子加上控制电压，转子可立即启动运转。

（2）运行范围宽。在转差率于0～1内伺服电动机都能稳定运转。

（3）无自转现象。正常运转的伺服电动机只要失去控制电压，电动机立即停止运转。

交流伺服电动机的输出功率一般在100 W以下，电源频率为50 Hz时，其电压有36 V、110 V、220 V、380 V数种，当频率为400 Hz时，电压有20 V、36 V、115 V等多种。

交流伺服电动机运行平稳、噪声小，但控制特性非线性，并且由于转子电阻大使损耗大、效率低。因此与同容量的直流伺服电动机相比体积大、质量大，所以只适用于0.5～100 W的小功率控制系统中。