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交流伺服电动机的启动、停止及转速控制

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于普通的单相异步电动机来说,它还会继续转动,伺服电动机出现这种现象称为自转。交流伺服电动机不仅要有启动、停止迅速的伺服性,而且还要能控制其转速的大小和方向。交流伺服电动机在自动测温系统中作为执行元件,由偏差电压ΔU控制,用于驱动显示盘指针和电位计的滑动触头。

交流伺服电动机的启动、停止及转速控制

虽然直流伺服电动机具有良好的启动、制动和调速特性,可以很方便地在宽范围内实现平滑无级调速,但直流伺服电动机也存在一些固有的缺点。例如,电刷换向器易磨损,需要经常维护;换向器换向时会产生火花,使直流伺服电动机的最高转速受到限制,同时也使应用环境受到限制。而交流伺服电动机,特别是鼠笼式交流伺服电动机没有上述缺点,且转子转动惯量较直流伺服电动机小,使得动态响应更好,因而广泛应用于需要高而稳定的速度、高精度、快速动态响应的场合。

1.交流伺服电动机的基本结构

交流伺服电动机一般是两相交流电动机,其构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似,其定子上装有两个空间位置互差90°电角度的两相绕组。工作时励磁绕组与交流励磁电源相连,控制绕组加同频率的交流控制信号电压。转子的形式有两种:一种是笼式转子,由高电阻率的材料制成,转子结构简单,为减小其转动惯量,一般做得细长;另一种是空心杯转子,由非磁性材料支承,其杯壁很薄,因而转动惯量很小,响应迅速,得到了广泛的应用。

2.交流伺服电动机工作原理

交流伺服电动机的工作原理和电容分相式单相异步电动机相似。图5-15为交流伺服电动机的工作原理图,图中Uf为励磁电压,UC为控制电压。当无控制电压时,只有励磁产生的脉振磁场,转子无启动转矩,因而静止不动。当有控制电压时,则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。

图5-15 交流伺服电动机的工作原理图

一旦控制电压消失,电动机应能立即停转。对于普通的单相异步电动机来说,它还会继续转动,伺服电动机出现这种现象称为自转。这种现象是不符合伺服电动机可控性要求的,因此为了克服伺服电动机自转现象,在结构制造上采用大的转子电阻和小的转动惯量。这样在控制电压消失后,较大的转子电阻使临界转差率sm=1,这时电动机产生的转矩与原驱动转矩方向相反,即制动转矩。制动矩矩使转子能迅速停转,同时减小转动惯量,也有利于克服自转现象。

交流伺服电动机不仅要有启动、停止迅速的伺服性,而且还要能控制其转速的大小和方向。通常,在交流伺服电动机运行时,保持励磁绕组所接电压的大小和相位不变而只改变控制绕组所加电压的大小和相位,以实现交流伺服电动机的转速与转向控制。交流伺服电动机的控制,通常由配套的交流伺服驱动器来实现,其控制方式主要有3种。

(1)幅值控制。控制绕组电压和励磁绕组电压之间的相位差保持不变,改变加在控制绕组上电压幅值的大小。

(2)相位控制。保持控制电压的幅值不变,仅改变其相位。(www.xing528.com)

(3)幅值-相位控制。同时改变控制电压的幅值和相位。

3种控制方法中,幅值控制和相位控制方法都需要较复杂的装置,而幅值-相位控制方法所需设备简单,成本较低,因而是最常用的一种控制方法。

3.交流伺服电动机的型号及选用原则

交流伺服电动机的铭牌参数,类似于其他三相交流异步电动机。以MB系列交流伺服电动机的为例,其型号说明为

电机的选择,要注意电机的额定电压、额定转矩、额定转速、额定输出功率、瞬间最大转矩、最高转速、转子惯量及机座号等参数以确定其型号。对于特殊用途电机还要注明使用条件和特殊要求等。

4.交流伺服电动机应用举例

图5-16是自动测温系统原理框图。交流伺服电动机在自动测温系统中作为执行元件,由偏差电压ΔU控制,用于驱动显示盘指针和电位计的滑动触头。热电偶将被测温度转换为系统的输入信号电压U1;比较电路的输出电压ΔU=U1-Uf调制器调制为交流电压,再由交流放大器进行功率放大后驱动交流伺服电动机的控制绕组,使交流伺服电动机转动,从而带动显示盘指针转动和电位计滑动触点移动,电位计的输出电压Uf发生相应变化,使偏差电压ΔU逐步减小,至ΔU=U1-Uf=0时,交流伺服电动机停转,显示盘指针停留在相应于输入信号电压U1的刻度上。

图5-16 自动测温系统原理框图

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