【教学课件】第7章交流伺服电动机.ppt

第7章 交流伺服电动机,7.1 概述 7.2 交流伺服电动机结构特点和工作原理 7.3 两相绕组的圆形旋转磁场 7.4 圆形旋转磁场作用下的运行分析 7.6 椭圆形旋转磁场及其分析方法 7.7 幅值控制时的特性7.8 移相方法和控制方式7.10 交流伺服电动机的使用7.11 主要性能指标和技术数据 思考题与习题,7.1 概 述,功率从几瓦到几十瓦的交流伺服电动机在小功率随动系统中得到非常广泛的应用。交流伺服电动机在自动控制系统中也常被用来作为执行元件。,1交流伺服电动机；2减速齿轮；3机械负载轴,图7-1 交流伺服电动机的功用,由于交流伺服电动机在控制系统中主要作为执行元件，自动控制系统对它提出的要求主要有下列几点：(1)转速和转向应方便地受控制信号的控制，调速范围要大；(2)整个运行范围内的特性应具有线性关系，保证运行的稳定性；(3)当控制信号消除时，伺服电动机应立即停转，也就是要求伺服电动机无“自转”现象；(4)控制功率要小，启动转矩应大；(5)机电时间常数要小，始动电压要低。当控制信号变化时，反应应快速灵敏。,7.2 交流伺服电动机结构特点和工作原理,交流伺服电动机的结构主要可分为两大部分，即定子部分和转子部分。其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成90电角度的两相绕组，如图7-2所示。其中l1-l2称为励磁绕组，k1-k2称为控制绕组，所以交流伺服电动机是一种两相的交流电动机。,图7-2,7.2.1 交流伺服电动机基本结构及特点,转子的常用结构的有鼠笼形转子和非磁性杯形转子。鼠笼形转子交流伺服电动机的结构如图7-3所示，它的转子由转轴、转子铁心和转子绕组等组成。如果去掉铁心，整个转子绕组形成一鼠笼状，如图所示，“鼠笼转子”即由此得名。鼠笼的材料有用铜的，也有用铝的。,图7-3,1定子绕组；2定子铁心；3鼠笼转子 图 7-2 两相绕组分布图,返回,图 7-3鼠笼形转子交流伺服电动机,返回,鼠笼式转子绕组,非磁性杯形转子交流伺服电动机的结构如图7-6所示。图中外定子与鼠笼形转子伺服电动机的定子完全一样，内定子由环形钢片叠成，通常内定子不放绕组，只是代替鼠笼转子的铁心，作为电机磁路的一部分。在内、外定子之间有细长的空心转子装在转轴上，空心转子作成杯子形状，所以又称为空心杯形转子。空心杯由非磁性材料铝或铜制成，它的杯壁极薄，一般在0.3 mm左右。杯形转子套在内定子铁心外，并通过转轴可以在内、外定子之间的气隙中自由转动，而内、外定子是不动的。,图7-6,杯形转子与鼠笼转子从外表形状来看是不一样的。但实际上，杯形转子可以看作是鼠笼条数目非常多的、条与条之间彼此紧靠在一起的鼠笼转子，杯形转子的两端也可看作由短路环相连接，如图所示。这样，杯形转子只是鼠笼转子的一种特殊形式。从实质上看，杯形转子与鼠笼转子二者没有什么差别，在电机中所起的作用也完全相同。,图,1杯形转子；2外定子；3内定子；4机壳；5端盖 图 7-6 杯形转子伺服电动机,返回,杯形转子与鼠笼转子相似,返回,与鼠笼形转子相比较，非磁性杯形转子惯量小，轴承摩擦阻转矩小。由于它的转子没有齿和槽，转子一般不会有抖动现象，运转平稳。但是由于它内、外定子间气隙较大(杯壁厚度加上杯壁两边的气隙)，所以励磁电流就大，降低了电机的利用率；另外，杯形转子伺服电动机结构和制造工艺又比较复杂。因此，目前广泛应用的是鼠笼形转子伺服电动机，只有在要求运转非常平稳的某些特殊场合下，才采用非磁性杯形转子伺服电动机。,图 7-8 电气原理图,交流伺服电动机使用时，励磁绕组两端施加恒定的励磁电压Uf，控制绕组两端施加控制电压Uk，如图7-8所示。无控制信号（控制电压）时，只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子不能转动。当定子控制绕组加上电压后，伺服电动机就会很快转动起来，将电信号转换成转轴的机械转动。,返回,7.2.2 交流伺服电动机的工作原理,7.3 两相绕组的圆形旋转磁场,假定励磁绕组有效匝数Nf与控制绕组有效匝数Nk相等。这种在空间上互差90电角度，有效匝数又相等的两个绕组称为对称两相绕组。同时，又假定通入励磁绕组的电流 与通入控制绕组的电流 相位上彼此相差90，幅值彼此相等，这样的两个电流称为两相对称电流，,旋转磁场小结：(1)单相绕组通入单相交流电后，所产生的是一个脉振磁场。(2)圆形旋转磁场的特点是：它的磁通密度在空间按正弦规律分布，其幅值不变并以恒定的速度在空间旋转。(3)两相对称绕组通入两相对称电流就能产生圆形旋转磁场；或者说，空间上相夹90电角度，时间上彼此有90相位差，幅值又相等的两个脉振磁场必然形成圆形旋转磁场。,(5)旋转磁场的转速称为同步速，只与电机极数和电源频率有关，其关系为,(4)旋转磁场的转向是从电流超前相的绕组轴线转到电流落后相的绕组轴线。把两相绕组中任意一相绕组上所加的电压反相，就可以改变旋转磁场的转向。,7.4 交流伺服电动机的运行,交流伺服电动机转子跟着旋转磁场转动时的转速n总是低于旋转磁场的同步转速ns。转子转速与同步速之差，也就是转子导体切割磁场的相对速率为 n=ns-n(7-6),转速和转差率,转差率,（7-7）,交流伺服电动机转速总是低于旋转磁场的同步速，而且随着负载阻转矩值的变化而变化，因此交流伺服电动机又称为两相异步伺服电动机。所谓“异步”，就是指电机转速与同步速有差异。,励磁绕组、控制绕组和转子磁绕的感应电势：,Ef=4.44fWf kwf(7-19)Ek=4.44fWk kwk(7-20)ER=4.44fWR kwR(7-21),式中，Wf、Wk、WR分别是各绕组有效匝数（鼠笼转子绕组的有效匝数WR=1/2）。,要得到圆形旋转磁场，加在励磁绕组和控制绕组上的电压应符合怎样条件呢?分两种情况来说：(1)当励磁绕组有效匝数Nf和控制绕组有效匝数Nk相等，即Nf=Nk时，定子绕组为对称两相绕组，产生圆形磁场的定子电流必须是两相对称电流，即两相电流幅值相等，相位相差90。,7.4.3 圆形旋转磁场时的定子绕组电压,结论：当两相绕组匝数相等时，为得到圆形旋转磁场，要求两相电压值相等，相位差成90，这样的两个电压称为两相对称电压。,(2)当两相绕组匝数不等时，设Wf/Wk=k，此时为得到圆形旋转磁场，两相电流幅值不等，且应与绕组匝数成反比，相位仍差90。,(7-4),结论：当两相绕组匝数不等时，为得到圆形旋转磁场，要求两相电压的相位差是90，其值应与匝数成正比，这样的两个电压称为两相对称电压。,7.4.4 转矩及机械特性,1、电磁转矩的表达式,（7-69）,2、机械特性,对于伺服电动机来说，必须具有下垂的机械特性，才能保证伺服电动机在整个运行范围工作的稳定。,分析机械特性的稳定和不稳定运行区？,现在来分析图7-28所示的凸形的机械特性。机械特性以峰值为界可分成两段，即上升段ah和下降段hf。,图 7-27 不同转子电阻的机械特性(RR4 RR3 RR2 RR1),返回,图 7-28 稳定区域和不稳定区域,返回,假定电机带动一个恒定负载，负载的阻转矩为TL(包括电机本身的阻转矩)，这时电机在下降段g点稳定运转。如果由于某种原因，负载的阻转矩由TL突然增加到TL，这样电动机的转矩小于负载阻转矩，电机就要减速，转差率s就要增大，这时电动机的转矩也要随着增大，一直增加到等于TL，与负载的阻转矩相平衡为止，这样电机在g点又稳定地运转。,图7-28,如果电动机运行在特性上升段ah。假定电动机在b点运行，当负载阻转矩突然增加时，电动机转速就要下降。从图中可以看出，在b点运行时，如转速下降，则电动机转矩要减小，造成电机转矩更小于负载阻转矩，结果电动机转速一直下降，直到停止为止。如果电机在b点运转，而负载阻转矩突然下降，那末电动机转速就要增加，转速增加后电动机转矩也随之增大，造成电机转矩更大于负载阻转矩，结果电动机的转速一直上升，直到在稳定区fh运转于c点为止。因此电动机在上升段ah，即在从nm到1的转速范围内运行时，对负载来说运转是不稳定的，叫作不稳定区。,图7-28,结论：对于一般负载(如恒定负载)只有在机械特性下降段，即导数dTem/dn0处才是稳定区，才能稳定运行。所以，为了使伺服电动机在转速从0ns的整个运行范围内都保证其工作稳定性，它的机械特性就必须在转速从0ns的整个运行范围内都是下垂的，如图7-29所示。显然，要具有这样下垂的机械特性，交流伺服电动机要有足够大的转子电阻，使临界转差率sm1。,图7-29,图7-29伺服电动机的机械特性,返回,另外，从图7-27中几条曲线形状的比较还可看出，转子电阻越大，机械特性越接近直线(如图中特性3比特性2、1更接近直线)，使用中往往对伺服电动机的机械特性非线性度有一定限制，为了改善机械特性线性度，也必须提高转子电阻。所以，具有大的转子电阻和下垂的机械特性是交流伺服电动机的主要特点。,图7-27,阻尼系数,为了表示伺服电动机的运行稳定性，常引入阻尼系数的概念。下垂机械特性负的斜率(即)表示了伺服电动机内部具有一种粘性阻尼的特性，这种阻尼特性通常以阻尼系数D来量度，用数学式表示为,阻尼系数的物理意义,阻尼系数D值越大，即机械特性上 值越大，表示负载转矩的变化对转速的影响很小，电机运行比较平稳。,7.6 椭圆形旋转磁场及其分析方法,交流伺服电动机在圆形旋转磁场作用下的运行情况，称为电机处于对称运行状态，加在定子两相绕组上的电压都是额定值。但这只是交流伺服电动机运行中的一种特殊状态，交流伺服电动机在系统中工作时，为了对它的转速进行控制，加在控制绕组上的控制电压是在变化的，经常不等于其额定值，电机也经常处于不对称状态。,由于交流伺服电动机在运行过程中控制电压经常在变化，因此两相绕组所产生的磁势幅值一般是不相等的，即IkNkIfNf，这样代表两个脉振磁场的磁通密度向量幅值也不相等，即Bkm Bfm，而且通入两个绕组中的电流在时间上相位差也不总是90，这时在电机中产生的是椭圆形的旋转磁场。,椭圆里，长轴为,短轴为，令 为椭圆的短长轴之比，则。的值决定了磁场椭圆的程度。随着 值的减小，磁场的椭圆度增大。,图 7 33 椭圆磁场,返回,当=1，图形是个圆，这时两个绕组所产生的磁通密度向量幅值相等，产生圆形旋转磁场；当=0，图形是条线，这时控制绕组中的电流为0，电机是单相运行，只有励磁绕组产生磁场，这个磁场是单相脉振磁场，是椭圆磁场的一种极限情况。,图7-33,结论：一个脉振磁场可用两个幅值相等、转向相反的圆形旋转磁场来代替，这两个圆形旋转磁场的磁通密度向量都等于脉振磁通密度向量幅值之半，转速等于脉振磁通密度变化的频率f。,7.7 幅值控制时的特性,7.7.1 有效信号系数,采用幅值控制的交流伺服电动机在系统工作时，励磁绕组通常是接在恒值的交流电源上，其值等于额定励磁电压，励磁电压 与控制电压 之间固定的保持90o的相位差，而控制电压 的值却经常的变化。实际使用中，为方便起见，常将控制电压用其相对值表示，同时考虑到控制电压是表征对伺服电动机所施加的控制电信号，所以称这个相对值为有效信号系数，并用 表示，即,（7-77）,式中，为实际控制电压；为额定控制电压，当控制电压 在0 变化时，有效信号系数 在01变化。,不同有效信号系数的磁场：,注意：采用 不但可以表示控制电压的值，而且也可以表示电机不对称运行的程度。与前面的 是一样的！,当，气隙合成磁场是一个圆形旋转磁场，电机处于对称运行状态；,当，气隙合成磁场是一个脉振磁场，电机不对称运行状态最大；,当，气隙合成磁场是一个椭圆形旋转磁场，电机处于不对称运行状态；,结论：改变控制电压，即改变 的大小，也就改变了电机不对称程度，所以两相交流伺服电动机是靠改变电机不对称程度来达到控制的目的。,注意!,单相脉振磁场是椭圆形磁场的特殊情况，可分解为两幅值相等，转向相反的圆形旋转磁场。,椭圆形旋转磁场可分解为两幅值不等，转向相反的圆形旋转磁场；,7.7.3 零信号时的机械特性和无“自转”现象,对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，即零信号时的机械特性。所谓“零信号”，就是控制电压为0，磁场为脉振磁场。,图7-44 零信号时的机械特性,自转现象与转子电阻的关系：,转子电阻RR=RR1较小时，在电机工作的转差率范围内，即 时，合成转矩 T 绝大部分是正的。如果伺服电动机在控制电压作用下工作，突然切去控制电信号时，只要阻转矩小于单相运行时的最大转矩，电动机仍将在转矩 T 作用下继续旋转，这就产生了自转现象，造成失控。,(a),转子电阻RR=RR2RR1时。此时转子电阻有所增加，临界转差率增加到，合成转矩减小的多，但仍产生自转现象。,(b),转子电阻增大到 的程度。这时合成转矩在电机运行范围内为负值，即为制动转矩。因而当控制电压取消变为单相运行时，电机立刻产生制动转矩，与负载转矩一起促使电机迅速停转，不会产生自转现象。,(c),无自转现象是自动控制系统对交流伺服电动机的基本要求之一。所谓无自转现象，就是当控制电压一旦取消时(即Uk=0时)，伺服电动机应立即停转。所以为了消除自转现象，交流伺服电动机零信号时的机械特性必须如图4-44所示，显然这也就要求有相当大的转子电阻。,图7-44,图 7-44 sm1自转现象与转子电阻关系,返回,工艺性自转：,除了由于转子不够大而引起的自转外，还存在一种工艺性自转。这种自转是由于定子绕组有匝间短路，铁心有片间短路，或者各向磁导不均等工艺上的原因所引起的,当取消电信号时，本应是脉振磁场，但这时却成了微弱的椭圆磁场，在椭圆磁场的作用下，转子也会自转起来。,工艺性自转多半发生在功率极小（十分之几瓦至数瓦）的伺服电动机中，由于电机的转子惯性极小，在很小的椭圆形旋转磁场作用下就能转动。,7.7.4 转速的控制与调节特性,调节特性,对伺服电机关心的是转速与控制电信号的关系，往往采用所谓“调节特性”表示。调节特性就是表示当输出转矩一定的情况下，转速与有效信号系数 的变化关系。,7.8 移相方法和控制方式,为了在电机内形成一个圆形旋转磁场没要求励磁电压和控制电压之间应有900的相位差。但是实际工作中经常是单相或三相电源。需要设法使现有电源改变成具有900相移的两相电源，满足交流伺服电动机的需要。,问题提出,直接将电源移相或通过移相网络使励磁电压和控制电压之间有一固定的90相移，这些移相方法通称为电源移相。采用电源移相时，交流伺服电动机只是通过改变控制电压的值来控制转速的，而定子绕组上两电压的相位差恒定地保持为90。这种控制方式常称为幅值控制。,1、利用三相电源的相电压和线电压构成90的移相,三相电源如有中点，取一相电压如 加到控制绕组上，另外两相的线电压如 供给励磁绕组；,三相电源如无中点，这时可接一个三相变压器，利用三相变压器副边上的相电压和线电压形成具有900相移的两相电压；,也可采用一个具有中间抽头的带铁心的电抗线圈(或变压器绕组)造成人工中点，把电抗线圈两端接在三相电源的B、C两头上，如果它的中间抽头为D点，那么 与 两个电压的相位差正好是900。,(1),(2),(3),三相电源三个线电压的相位互差120，有时为了方便，直接取任意两相线电压使用，若加上系统中其它元件(如自整角机，伺服放大器等)的相位移，这时加到伺服电动机定子绕组上的两个电压能接近90的相位差。,2、利用三相电源的任意两相线电压,在系统的控制线路中，为了使伺服电动机的控制电压与励磁电压成90的相移，往往采用移相网络，如图7-52所示。这时把线路上恒定的单相交流电源 作为基准电压供给系统中的各个元件(如图中的自整角机及交流伺服电动机)，由敏感元件(如自整角变压器)输出的偏差信号经过电子移相网络再输入到交流放大器中去，这样通过移相网络移相，再加上敏感元件和放大器的相移，在交流放大器输出端就能得到与系统基准电压 成90相移的控制电压。,3、采用移相网络,图 7-52 采用电子移相网络的伺服系统,这种移相方法只要在交流伺服电动机的励磁相电路中串联(或串、并联)上一定的电容C，在放大器之前就不需要再引入电子移相网络了，其控制线路如图7-53所示。,4、在励磁相中串联电容器,图 7-53 电容伺服电动机控制线路图,7.10 交流伺服电动机的使用,7.10.1 控制绕组与放大器的连接,控制绕组与放大器的输出端直接相连，因此控制相电路就成为放大器的直接负担，伺服电动机所需的控制电流和控制功率都是放大器供给的。为减少放大器的负担，以便缩小放大器的体积和重量，简化放大器的结构，就必须尽可能减少要求它提供的控制电流和功率。,问题提出,实验方法确定补偿电容值,在控制绕组的两端并联一个可变电容，让电容由小到大逐渐增加，观察总电流，当电流表指示最小时，此时的电容值即为所需的电容值。,措施,为了减少放大器的负担，可以在控制绕组两端并联电容Ck来补偿无功电流，提高控制相的功率因数。,补偿电容在控制电压最大时取，这时放大器负担最重。电容值如果选择得当，可使控制相电路发生并联谐振，功率因数接近1，放大器只需输出有功电流。,7.10.2 电机的输入阻抗,问题提出,控制相电路是放大器的直接负载，存在阻抗匹配的问题。交流伺服电动机的输入阻抗为Z=Uk/Ik，随转速n的升高而变大。,从最大功率传递角度考虑，应使放大器阻抗与控制绕组的输入阻抗匹配，由于 Z 不是固定值，想任何时候获得阻抗匹配是不可能的。,伺服电动机经常在小控制电压和低转速状态下工作，在零转速(即电动机启动)时，输入阻抗是与控制电压无关的一个确定值。因此，强调功率匹配，一般也只是考虑在转速为0时实现。,7.10.3 放大器内阻抗对机械特性的影响,问题提出,交流伺服电动机的控制功率由放大器供给时，放大器可以看成具有一定内阻抗的交流电源。放大器与控制相电路的等值电路如图7-69。,图7-69 等值电路图,结论：放大器内阻对加在控制绕组上的电压有影响，进而影响电机机械特性。,控制绕组上电压,措施,减少放大器内阻抗有效方法是在放大器末级（功率级）加电压负反馈。,7.10.4 单相自转,无自转现象是控制系统对伺服电动机的基本要求之一，一台正常合格的交流伺服电动机应具有无自转性能。,自转现象与控制电信号取消时控制相电路的情况及放大器内阻抗的值有关。,试验与理论分析的一些经验：,控制绕组两端直接短接，对伺服电动机来说是最容易实现无自转的，这是最起码的无自转条件；,若伺服电机能在控制绕组断开的情况下实现不自转，则一定能实现当控制绕组两端直接或通过纯电阻或通过电感性阻抗短接时不自转，但不一定能实现通过电容性阻抗短接情况下不自转；,控制绕组两端通过 电容器短接不自转的要求，是最苛刻的条件。,注意：选用产品时应明确单相无自转要求的实现条件。,实际使用中，对于已选定的某一伺服电动机，自转现象还与放大器的内阻抗大小有关。,当控制电信号取消后，放大器内阻抗越大控制相电路越接近开路（或通过电容器短接），电机就容易自转。,理论分析表明：为消除自转，必须使放大器输出阻抗小于从控制绕组端看入的转子等效电阻。,放大器内阻抗对自转的影响：,7.10.5 发热和温升,问题提出,交流伺服电动机转子电阻做的相当大，而且它经常运行在低速段（转差率为0.41之间）和不对称状态下，这样就使这种电机比一般电机损耗大，发热多，效率低。,改善散热的方法：,电机最好装面积足够大金属支架上，电机与支架应紧密接触，更不要垫传热不良的物质；电机连同支架要通风良好，必要时可用风扇，甚至用水冷却；,几台电机之间，以及电机与其他发热件如变压器、功率管等之间要尽量隔开。,7.10.6 控制电压中正交分量和高次谐波分量的影响,实际使用时，控制绕组输入端，除了控制电压外，还常夹杂一些对控制无用的信号，即干扰信号。,1、正交分量：,如果控制电压 与励磁电压 相位差为90o，当控制电压取消时，与 相移为180o或0o。电机中磁场为脉振磁场，电机不会转动，但是产生附加铁耗和铜耗；,正交分量是与控制电压 成90o相移的电压分量。,如果 与 相移不成90o，正交分量对电机的影响更大，与 产生旋转磁场，使伺服电动机误动作，产生自转现象。,1、高次谐波分量：,由于敏感元件和伺服放大器等非线性，会带来高于电源频率的高频电压，即高次谐波分量。,为削弱高次谐波分量的影响，可在控制绕组两端并联电容，此电容既可提高控制相功率因数，又可起滤波作用。,7.11 主要性能指标和技术数据,7.11.1 主要性能指标 1.空载始动电压Us0 在额定励磁电压和空载的情况下，使转子在任意位置开始连续转动所需的最小控制电压定义为空载始动电压Us0，通过以额定控制电压的百分比来表示。Us0 越小，表示伺服电动机的灵敏度越高。一般Us0 要求不大于额定控制电压的3%4%；使用于精密仪器仪表中的两相伺服电动机，有时要求不大于额定控制电压的1%。,2.机械特性非线性度km 在额定励磁电压下，任意控制电压时的实际机械特性与线性机械特性在转矩T=Td/2时的转速偏差n与空载转速n0(对称状态时)之比的百分数，定义为机械特性非线性度，即,如图7-74所示。,3.调节特性非线性度kv 在额定励磁电压和空载情况下，当e=0.7时，实际调节特性与线性调节特性的转速偏差n与e=1时的空载转速n0之比的百分数定义为调节特性非线性度，即,如图7-75所示。,图 7-74 机械特性的非线性度,图 7-75 调节特性的非线性度,4.堵转特性非线性度kd 在额定励磁电压下，实际堵转特性与线性堵转特性的最大转矩偏差(Tdn)max 与e=1时的堵转转矩Td0 之比值的百分数，定义为堵转特性非线性度，即,如图7-76所示。,以上这几种特性的非线性度越小，特性曲线越接近直线，系统的动态误差就越小，工作就越准确，一般要求km10%20%，kv20%25%，kd5%。,图 7-76 堵转特性的非线性度,图 7-77 不同信号系数e时的机械特性,5.机电时间常数j 当转子电阻相当大时，交流伺服电动机的机械特性接近于直线。如果把e=1时的机械特性近似地用一条直线来代替，如图7-77中虚线所示，那末与这条线性机械特性相对应的机电时间常数就与直流伺服电动机机电时间常数表达式相同，即,(7-107),因而随着e的减少，相应的时间常数也随着增大，即 jjj 还可以很方便地得出机电时间常数与有效信号系数e的关系式。若机械特性近似地可看作为直线(即令图7-49中的H=0)，由式(7-91)可得有效信号系数为e时的理论空载转速,(7-108),堵转转矩 Td=eTd0(7-109)将式(7-108)和(7-109)代入式(7-107)，即可得出时间常数与有效信号系数的关系式为,(7-110),7.11.2 主要技术数据 1.型号说明 例如：,2.电压 技术数据表中励磁电压和控制电压指的都是额定值。励磁绕组的额定电压一般允许变动范围为5%左右。电压太高，电机会发热；电压太低，电机的性能将变坏，如堵转转矩和输出功率会明显下降，加速时间增长等。当电机作为电容伺服电动机使用时，应注意到励磁绕组两端电压会高于电源电压，而且随转速升高而增大，其值如果超过额定值太多，会使电机过热。控制绕组的额定电压有时也称最大控制电压，在幅值控制条件下加上这个电压就能得到圆形旋转磁场。,3.频率 目前控制电机常用的频率分低频和中频两大类，低频为50 Hz(或60 Hz)，中频为400 Hz(或500 Hz)。因为频率越高，涡流损耗越大，所以中频电机的铁心用较薄的(0.2 mm以下)硅钢片叠成，以减少涡流损耗；低频电机则用0.350.5 mm的硅钢片。,低频电机不应该用中频电源，中频电机也不应该用低频电源，否则电机性能会变差。在不得已时，低频电源之间或者中频电源之间可以互相代替使用，但要随频率正比地改变电压，而保持电流仍为额定值，这样，电机发热可以基本上不变。例如一台500 Hz、110V的电机，如果用在400 Hz时，那末加到电机上的电压就应改成110400/500=88 V。不过一般来说，改成代用频率之后，电机特性总要略差一些。,4.堵转转矩，堵转电流 定子两相绕组加上额定电压，转速等于0时的输出转矩，称为堵转转矩。这时流经励磁绕组和控制绕组的电流分别称堵转励磁电流和堵转控制电流。堵转电流通常是电流的最大值，可作为设计电源和放大器的依据。,图 7 78 伺服电动机的额定状态,5.空载转速 定子两相绕组加上额定电压，电机不带任何负载时的转速称为空载转速n0。空载转速与电机的极数有关。由于电机本身阻转矩的影响，空载转速略低于同步速。,6.额定输出功率 当电机处于对称状态时，输出功率P2随转速n变化的情况如图7-78所示。当转速接近空载转速n0的一半时，输出功率最大。通常就把这点规定为交流伺服电动机的额定状态。电机可以在这个状态下长期连续运转而不过热。这个最大的输出功率就是电机的额定功率P2n，对应这个状态下的转矩和转速称为额定转矩Tn和额定转速nn。,思考题与习题,1.单相绕组通入直流电、交流电及两相绕组通入两相交流电各形成什么磁场?它们的气隙磁通密度在空间怎样分布，在时间上又怎样变化?2.何为对称状态?何为非对称状态?交流伺服电动机在通常运行时是怎样的磁场?两相绕组通上相位相同的交流电流能否形成旋转磁场?,3.当两相绕组匝数相等和不相等时，加在两相绕组上的电压及电流应符合怎样条件才能产生圆形旋转磁场?4.改变交流伺服电动机转向的方法有哪些?为什么能改变?5.什么叫作同步速”如何决定?假如电源频率为60 Hz，电机极数为6，电机的同步速等于多少?6.为什么交流伺服电动机有时能称为两相异步电动机?如果有一台电机，技术数据上标明空载转速是1 200 r/min，电源频率为50 Hz，请问这是几极电机?空载转差率是多少?,7.当电机的轴被卡住不动，定子绕组仍加额定电压，为什么转子电流会很大?伺服电动机从启动到运转时，转子绕组的频率、电势及电抗会有什么变化?为什么会有这些变化?8.电压平衡方程式中所表示的各电压和电势是怎样产生的?请将交流伺服电动机与变压器作一比较，两者有哪些相似之处?9.什么是电源移相，什么是电容移相，电容移相时通常移相电容值怎样确定?电容伺服电动机转向怎样?,10.怎样看出椭圆形旋转磁场的幅值和转速都是变化的?当有效信号系数e从01变化时，电机磁场的椭圆度怎样变化?被分解成的正、反向旋转磁场的大小又怎样变化?11.什么是自转现象?为了消除自转，交流伺服电动机零信号时应具有怎样的机械特性?12.与幅值控制时相比，电容伺服电动机定子绕组的电流和电压随转速的变化情况有哪些不同?为何它的机械特性在低速段出现鼓包现象?,13.何为交流伺服电动机的额定状态?额定功率含义如何?14.一台两极交流伺服电动机，励磁和控制绕组的有效匝数分别为Wf和Wk，两绕组轴线在空间相隔角(90)，设在该两绕组中各送入电流if=Ifmcost和ik=Ikmcos(t-)。试求获得圆形磁场的条件。,15.一台两极的两相伺服电动机，励磁绕组通以400 Hz的交流电，当转速n=18 000 r/min时，使控制电压Uk=0，问此瞬时：(1)正、反旋转磁场切割转子导体的速率(即转差)为多少?(2)正、反旋转磁场切割转子导体所产生的转子电流频率各为多少?(3)正、反旋转磁场作用在转子上的转矩方向和大小是否一样?哪个大?为什么?,16.一台400 Hz的两相伺服电动机，当励磁绕组加电压Uf=110 V，而控制电压Uk=0时，测得励磁电流If=0.2 A，将If的无功分量用并联电容补偿后，测得有功分量(即If的最小值)Ifa=0.1 A。试问：(1)励磁绕组阻抗Zf0 及阻抗角f0 各等于多少?(2)如果只有单相电源，又要求n=0时移相90，应在励磁绕组上串多大电容?(3)若电源电压为110 V，串联电容后，Uf=?UC=?(n=0时)(4)设电机额定电压Ufn=110 V，此时电源电压U1应减少到多少伏?串联电容值要不要修改?,