交流伺服电机的分析 交流伺服电机的基本类型、控制方法和特点

交流伺服电机是一种将电能转化为机械能的机器。交流伺服电机主要由产生磁场的电磁铁绕组或分布式定子绕组和旋转电枢或转子组成。电机是由通电的线圈在磁场中被迫旋转的现象构成的。交流伺服电机主要由定子和转子组成，其中定子的结构与旋转变压器基本相同，定子铁芯内放置两相绕组(其中一相为励磁绕组，另一相为控制绕组)。交流伺服电机控制精度高，具有良好的矩频特性和过载能力，主要用于物料计量、横向密封装置和定长切割机。

　　交流伺服电动机的基本类型

交流伺服电机和普通交流电机类似，分为异步和同步两种。两相交流伺服电机原则上是两相异步电机。其定子正交放置两相绕组，其中一个称为励磁绕组，另一个为控制绕组。转子一般有两种结构形式，一种是笼型转子，与普通笼型感应电动机的转子结构相同；另一种是无磁性空心杯转子，结构如图。

笼型转子与空心杯转子的比较。前者具有输出转矩大、结构简单、励磁电流小、效率高的优点。唯一的不足是转子的转动惯量大，所以动力响应不如空心杯转子快。空心杯转子具有惯性小、响应灵敏、调速范围宽的优点，但该电机励磁电流大，功率因数和效率低。

在操作中，励磁绕组通常施加固定的单相交流电压，并且可以通过控制控制绕组的控制电压来调节速度。同时需要注意的是，它们的相位不同。

　　交流伺服电动机的控制方式

交流伺服电机有三种控制模式：

　　（1）幅值控制

振幅控制通过改变控制电压Uc来控制电机速度。此时，控制电压Uc和激励电压Uf之间的相位差总是保持90电角度。控制绕组为额定电压时，气隙磁动势为圆形旋转磁动势，电磁转矩最大。

　　（2）相位控制

通过改变控制电压Uc和激励电压Uf之间的相位差，可以控制电机速度和转向，同时控制电压的幅度保持不变。

Uc相位可以通过移相器来改变，从而改变两者之间的相位差。

　　（3）幅值相位控制

励磁绕组与电容c串联后接交流电源。控制电压Uc与电源同相，但其幅度可以调整。当uc的幅值可以改变时，转子绕组的耦合效应会改变励磁绕组的电流If，从而励磁绕组上的电压Uf和电容器上的电压Uc也会改变。它也发生变化，即Uc和Uf之间的相位差发生变化，从而改变电机的速度。

　　交流伺服电动机的构造与特点

交流伺服电机的定子结构与电容分相单相异步电机基本相似，如图。其定子配有两个位置相差90度的绕组，一个是励磁绕组Rf，始终接交流电压Uf；另一个是与控制信号电压Uc连接的控制绕组l。所以交流伺服电机也叫两个伺服电机。

交流伺服电机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电机具有调速范围宽、线性机械特性、无“自转”现象和快速响应性能，与普通电机相比，它应该具有转子电阻大和转动惯量小两个特点。

目前，广泛使用的转子结构有两种

形式：

　　一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长； 另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子，如图所示。

　　交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。

　　交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：

　　1、起动转矩大

　　由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。

　　2、运行范围较宽

　　如图所示，较差率S在0到1的范围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，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）如图所示，与普通的单相异步电动机的转矩特性（图中T′－S曲线）不同。这时的合成转矩T是制动转矩，从而使电动机迅速停止运转。

　　图是伺服电动机单相运行时的机械特性曲线。负载一定时，控制电压Uc愈高，转速也愈高，在控制电压一定时，负载增加，转速下降。