注評(píng)考試《機(jī)電設(shè)備評(píng)估基礎(chǔ)》預(yù)習(xí)：交流伺服電動(dòng)及其速度控制

第五章 數(shù)控機(jī)床及工業(yè)機(jī)器人

　　知識(shí)點(diǎn)十五、交流伺服電動(dòng)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；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)。

　?。ㄒ唬┙涣魉欧妱?dòng)機(jī)（掌握）

　　1.交流主軸電動(dòng)機(jī)

　　是經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的鼠籠式三相異步電動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)是：

　?。?）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，增大了電動(dòng)機(jī)的功率。

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

　　（3）尾部都同軸安裝有脈沖發(fā)生器（或脈沖編碼器）。

　　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(lèi)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)。

　　【鏈接】直流主軸電動(dòng)機(jī)一般能承受150%的過(guò)載載荷，過(guò)載時(shí)間隨生產(chǎn)廠家而已，1~30min不等。

　　2.永磁同步交流伺服電動(dòng)機(jī)。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)子是永久磁鐵。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：

　　式中：nr——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；ns——定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速；f-電源頻率；Ｐ——磁極對(duì)數(shù)。

　　【注意】無(wú)轉(zhuǎn)差率，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速和永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。而交流三項(xiàng)異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速還需要考慮轉(zhuǎn)差率。

　　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。

　?。ǘ┙涣魉欧妱?dòng)機(jī)的速度控制方法（熟悉）

　　1.交流主軸電動(dòng)機(jī)的速度控制

　　廣泛采用矢量控制調(diào)速。

　　對(duì)于交流主軸電動(dòng)機(jī)而言，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(kāi)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(chēng)為交流矢量的直流標(biāo)量化。

　　【拓展】矢量又有數(shù)值又有方向，如速度，加速度等；標(biāo)量只有數(shù)值沒(méi)有方向，如質(zhì)量。交流電是有相位的，而直流電卻沒(méi)有。

　　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。

　　【鏈接】在第三章的直流電動(dòng)機(jī)中，改變電源頻率還有“變頻機(jī)組”，這種方式運(yùn)用很少。