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四、交流伺服電動(dòng)機(jī)及其速度控制

直流伺服電動(dòng)機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但它的電刷和換向器容易磨損，需要經(jīng)常維護(hù);由于換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花而使最高轉(zhuǎn)速受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制;直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本高。因此，20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，交流伺服電動(dòng)機(jī)得到飛速發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)正在逐步取代直流伺服系統(tǒng)。

(一)交流伺服電動(dòng)機(jī)

1.交流主軸電動(dòng)機(jī)。

(1)是經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。

(2)特點(diǎn)：

沒(méi)有外殼，定子鐵芯直接暴露在空氣中，而且有軸向通風(fēng)孔，以利于電動(dòng)機(jī)冷卻、縮小電動(dòng)機(jī)體積。

轉(zhuǎn)子做成細(xì)長(zhǎng)型，以便減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

尾部都同軸安裝有脈沖發(fā)生器(或脈沖編碼器)。

(3)交流主軸電動(dòng)機(jī)的功率一速度特性曲線與直流主軸電動(dòng)機(jī)相類似

在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，在基本速度以上為恒功率區(qū)域。

恒功率的速度范圍只有1:3的速度比，當(dāng)速度超過(guò)一定值后，功率一速度特性曲線會(huì)向下傾斜。

交流主軸電動(dòng)機(jī)也具有一定的過(guò)載能力，一般能在額定負(fù)載的1.2～1.5倍負(fù)載下工作幾分鐘至半個(gè)小時(shí)。

2.永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)。

(1)主要由定子、轉(zhuǎn)子和檢測(cè)部件三部分組成：

定子形狀與普通感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的定子相似，具有齒槽，內(nèi)有三相繞組，外表面多呈多邊形，且無(wú)外殼，這樣有利于散熱。

轉(zhuǎn)子由多塊永久磁鐵和沖片組成。

(2)當(dāng)定子三相繞組接上電源后，就產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)吸引永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：n =60f/P

式中： f—— 電源頻率; P——磁極對(duì)數(shù)。

(3)交流伺服電動(dòng)機(jī)的性能用特性曲線和數(shù)據(jù)表來(lái)描述。其中最重要的是電動(dòng)機(jī)的工作曲線，即轉(zhuǎn)矩一速度特性曲線。

交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性要比直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性更硬，其直線更接近水平線。另外，斷續(xù)工作區(qū)的范圍更為擴(kuò)大，尤其是在高速區(qū)域，這將有利于提高電動(dòng)機(jī)的加、減速能力。

(二)交流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制方法

1.交流主軸電動(dòng)機(jī)的速度控制

對(duì)于交流主軸電動(dòng)機(jī)、氣隙磁通和轉(zhuǎn)子電流不是獨(dú)立變量，它們都是轉(zhuǎn)差率S的函數(shù)，無(wú)法分開進(jìn)行獨(dú)立控制。另外，被控量是既有大小又有相位的矢量，比標(biāo)量難控制得多。將交流矢量轉(zhuǎn)換成標(biāo)量，從而將交流電動(dòng)機(jī)模擬成直流電動(dòng)機(jī)來(lái)控制它的轉(zhuǎn)矩，稱為交流矢量的直流標(biāo)量化。這種方法可以使交流電動(dòng)機(jī)獲得與直流電動(dòng)機(jī)同樣優(yōu)越的調(diào)速性能。

2.永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的速度控制

由同步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式可知，可以通過(guò)改變電源頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的要求。改變頻率可以采用交—直—交變頻器或交—交變頻器。

【例題17•單選題】下列關(guān)于永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)、永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)的敘述中，正確的是( )。

A.兩種電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子都為永磁體

B.兩種電動(dòng)機(jī)的定子都為永磁體

C.永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的定子為永磁體，永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體

D.永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)的定子為永磁體

答案：C

【例題18•單選題】(2008年)交流主軸電動(dòng)機(jī)是經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。它的( )仍與普通鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)的相同。

A.定子鐵芯結(jié)構(gòu)

B.外形

C.定子繞組構(gòu)造形式

D.外殼

答案：C

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