交流伺服電機的構造與工作原理
2022/12/7 16:41:59 點擊：
交流伺服電機的構造與工作原理
單相異步電動機中，專用電機占有很大比例，它們的結構各有特點，形式繁多。就其共性而言，電動機的結構都由固定部分---定子、轉動部分----轉子、支撐部分---端蓋和軸承等三大部分組成。
交流伺服電機通常都是單相異步電動機，有鼠籠形轉子和杯形轉子兩種結構形式。與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉子構成。定子上有兩個繞組，即勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組在空間相差90°電角度。固定和保護定子的機座一般用硬鋁或不銹鋼制成?；\型轉子交流伺服電機的轉子和普通三相籠式電機相同。杯形轉子交流伺服電機的結構由外定子，杯形轉子和內定子三部分組成。它的外定子和籠型轉子交流伺服電機相同，轉子則由非磁性導電材料（如銅或鋁）制成空心杯形狀，杯子底部固定在轉軸7上?？招谋谋诤鼙。ㄐ∮?.5mm），因此轉動慣量很小。內定子由硅鋼片疊壓而成，固定在一個端蓋上，內定子上沒有繞組，僅作磁路用。電機工作時，內﹑外定子都不動，只有杯形轉子在內、外定子之間的氣隙中轉動。對于輸出功率較小的交流伺服電機，常將勵磁繞組和控制繞組分別安放在內、外定子鐵心的槽內。
電機主要部件包括：1、機座；2、鐵心；3、繞組；4、端蓋；5、軸承；6、離心開關或起動繼電器和PTC起動器；7、銘牌。
1 機座
機座結構隨電動機冷卻方式、防護型式、安裝方式和用途而異。按其材料分類，有鑄鐵、鑄鋁和鋼板結構等幾種。鑄鐵機座，帶有散熱筋。機座與端蓋聯接，用螺栓緊固。鑄鋁機座一般不帶有散熱筋。鋼板結構機座，是由厚為1.5-2.5毫米的薄鋼板卷制、焊接而成，再焊上鋼板沖壓件的底腳。有的專用電動機的機座相當特殊，如電冰箱的電動機，它通常與壓縮機一起裝在一個密封的罐子里。而洗衣機的電動機，包括甩干機的電動機，均無機座，端蓋直接固定在定子鐵心上。
2 鐵心
鐵心包括定子鐵心和轉子鐵心，作用與三相異步電動機一樣，是用來構成電動機的磁路。
3 繞組
單相異步電動機定子繞組常做成兩相：主繞組（工作繞組）和副繞組（啟動繞組）。兩種繞組的中軸線錯開一定的電角度。目的是為了改善啟動性能和運行性能。定子繞組多采用高強度聚脂漆包線繞制。
轉子繞組一般采用籠型繞組。常用鋁壓鑄而成。
4 端蓋
相應于不同的機座材料、端蓋也有鑄鐵件、鑄鋁件和鋼板沖壓件。
5 軸承
軸承有滾珠軸承和含油軸承。
6 離心開關或起動繼電器和PTC起動器
（1）離心開關
在單相異步電動機中，除了電容運轉電動機外，在起動過程中，當轉子轉速達到同步轉速的70%左右時，常借助于離心開關，切除單相電阻起動異步電動機和電容起動異步電動機的起動繞組，或切除電容起動及運轉異步電動機的起動電容器。離心開關一般安裝在軸伸端蓋的內側。
（2）起動繼電器
有些電動機，如電冰箱電動機，由于它與壓縮機組裝在一起，并放在密封的罐子里，不便于安裝離心開關，就用起動繼電器代替。繼電器的吸鐵線圈串聯在主繞組回路中，起動時，主繞組電流很大，銜鐵動作，使串聯在副繞組回路中的動合觸點閉合。于是副繞組接通，電動機處于兩相繞組運行狀態。隨著轉子轉速上升，主繞組電流不斷下降，吸引線圈的吸力下降。當到達一定的轉速，電磁鐵的吸力小于觸點的反作用彈簧的拉力，觸點被打開，副繞組就脫離電源。
（3）PTC起動器
最新式的啟動元件是“PTC”，它是一種能“通”或“斷”的熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種新型的半導體元件，可用作延時型起動開關。使用時，將PTC元件與電容起動或電阻起動電機的副繞組串聯。在起動初期，因PTC熱敏電阻尚未發熱，阻值很低，副繞組處于通路狀態，電機開始起動。隨著時間的推移，電機的轉速不斷增加，PTC元件的溫度因本身的焦耳熱而上升，當超過居里點Tc（即電阻急劇增加的溫度點），電阻劇增，副繞組電路相當于斷開，但還有一個很小的維持電流，并有2-3瓦的損耗，使PTC元件的溫度維持在居里點Tc值以上。當電機停止運行后，PTC元件溫度不斷下降，約2-3分鐘其電阻值降到Tc點以下，這時有可以重新啟動，這一時間正好是電冰箱和空調機所規定的兩次開機間的停機時間。
PTC起動器的優點：無觸點、運行可靠、無噪無電火花，防火、防爆性能好。且耐振動、耐沖擊、體積小、重量輕、價格低。
7 銘牌
包括：電機名稱、型號、標準編號、制造廠名、出廠編號、額定電壓、額定功率、額定電流、額定轉速、繞組接法、絕緣等級等。
原理
交流伺服電機的工作原理和單相感應電動機無本質上的差異。但是，交流伺服電機必須具備一個性能，就是能克服交流伺服電機的所謂“自轉”現象，即無控制信號時，它不應轉動，特別是當它已在轉動時，如果控制信號消失，它應能立即停止轉動。而普通的感應電動機轉動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續轉動。
當電機原來處于靜止狀態時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組通電產生脈動磁場。可以把脈動磁場看成兩個圓形旋轉磁場。這兩個圓形旋轉磁場以同樣的大小和轉速，向相反方向旋轉，所建立的正、反轉旋轉磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產生的力矩也大小相等、方向
相反，合成力矩為零，伺服電機轉子轉不起來。一旦控制系統有偏差信號，控制繞組就要接受與之相對應的控制電壓。在一般情況下，電機內部產生的磁場是橢圓形旋轉磁場。一個橢圓形旋轉磁場可以看成是由兩個圓形旋轉磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉磁場幅值不等（與原橢圓旋轉磁場轉向相同的正轉磁場大，與原轉向相反的反轉磁場?。?，但以相同的速度，向相反的方向旋轉。它們切割轉子繞組感應的電勢和電流以及產生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉者大，反轉者小）合成力矩不為零，所以伺服電機就朝著正轉磁場的方向轉動起來，隨著信號的增強，磁場接近圓形，此時正轉磁場及其力矩增大，反轉磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負載力矩不變，轉子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相180o，旋轉磁場的轉向相反，因而產生的合成力矩方向也相反，伺服電機將反轉。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機產生的磁場將是脈動磁場，轉子很快地停下來。
為使交流伺服電機具有控制信號消失，立即停止轉動的功能，把它的轉子電阻做得特別大，使它的臨界轉差率Sk大于1。在電機運行過程中，如果控制信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產生一個脈動磁場，此脈動磁場可視為正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成。圖3-13畫出正向及反向旋轉磁場切割轉子導體后產生的力矩一轉速特性曲線，以及它們的合成特性曲線。假設電動機原來在單一正向旋轉磁場的帶動下運行于A點，此時負載力矩是。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉化為脈動磁場，它可視為正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成，電機即按合成特性曲線3運行。由于轉子的慣性，運行點由A點移到B點，此時電動機產生了一個與轉子原來轉動方向相反的制動力矩。在負載力矩和制動力矩的作用下使轉子迅速停止。
必須指出，普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態下工作，不對稱運行屬于故障狀態。而交流伺服電機則可以靠不同程度的不對稱運行來達到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通異步電動機的根本區別。
單相異步電動機中，專用電機占有很大比例，它們的結構各有特點，形式繁多。就其共性而言，電動機的結構都由固定部分---定子、轉動部分----轉子、支撐部分---端蓋和軸承等三大部分組成。
交流伺服電機通常都是單相異步電動機，有鼠籠形轉子和杯形轉子兩種結構形式。與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉子構成。定子上有兩個繞組，即勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組在空間相差90°電角度。固定和保護定子的機座一般用硬鋁或不銹鋼制成?；\型轉子交流伺服電機的轉子和普通三相籠式電機相同。杯形轉子交流伺服電機的結構由外定子，杯形轉子和內定子三部分組成。它的外定子和籠型轉子交流伺服電機相同，轉子則由非磁性導電材料（如銅或鋁）制成空心杯形狀，杯子底部固定在轉軸7上?？招谋谋诤鼙。ㄐ∮?.5mm），因此轉動慣量很小。內定子由硅鋼片疊壓而成，固定在一個端蓋上，內定子上沒有繞組，僅作磁路用。電機工作時，內﹑外定子都不動，只有杯形轉子在內、外定子之間的氣隙中轉動。對于輸出功率較小的交流伺服電機，常將勵磁繞組和控制繞組分別安放在內、外定子鐵心的槽內。
電機主要部件包括：1、機座；2、鐵心；3、繞組；4、端蓋；5、軸承；6、離心開關或起動繼電器和PTC起動器；7、銘牌。
1 機座
機座結構隨電動機冷卻方式、防護型式、安裝方式和用途而異。按其材料分類，有鑄鐵、鑄鋁和鋼板結構等幾種。鑄鐵機座，帶有散熱筋。機座與端蓋聯接，用螺栓緊固。鑄鋁機座一般不帶有散熱筋。鋼板結構機座，是由厚為1.5-2.5毫米的薄鋼板卷制、焊接而成，再焊上鋼板沖壓件的底腳。有的專用電動機的機座相當特殊，如電冰箱的電動機，它通常與壓縮機一起裝在一個密封的罐子里。而洗衣機的電動機，包括甩干機的電動機，均無機座，端蓋直接固定在定子鐵心上。
2 鐵心
鐵心包括定子鐵心和轉子鐵心，作用與三相異步電動機一樣，是用來構成電動機的磁路。
3 繞組
單相異步電動機定子繞組常做成兩相：主繞組（工作繞組）和副繞組（啟動繞組）。兩種繞組的中軸線錯開一定的電角度。目的是為了改善啟動性能和運行性能。定子繞組多采用高強度聚脂漆包線繞制。
轉子繞組一般采用籠型繞組。常用鋁壓鑄而成。
4 端蓋
相應于不同的機座材料、端蓋也有鑄鐵件、鑄鋁件和鋼板沖壓件。
5 軸承
軸承有滾珠軸承和含油軸承。
6 離心開關或起動繼電器和PTC起動器
（1）離心開關
在單相異步電動機中，除了電容運轉電動機外，在起動過程中，當轉子轉速達到同步轉速的70%左右時，常借助于離心開關，切除單相電阻起動異步電動機和電容起動異步電動機的起動繞組，或切除電容起動及運轉異步電動機的起動電容器。離心開關一般安裝在軸伸端蓋的內側。
（2）起動繼電器
有些電動機，如電冰箱電動機，由于它與壓縮機組裝在一起，并放在密封的罐子里，不便于安裝離心開關，就用起動繼電器代替。繼電器的吸鐵線圈串聯在主繞組回路中，起動時，主繞組電流很大，銜鐵動作，使串聯在副繞組回路中的動合觸點閉合。于是副繞組接通，電動機處于兩相繞組運行狀態。隨著轉子轉速上升，主繞組電流不斷下降，吸引線圈的吸力下降。當到達一定的轉速，電磁鐵的吸力小于觸點的反作用彈簧的拉力，觸點被打開，副繞組就脫離電源。
（3）PTC起動器
最新式的啟動元件是“PTC”，它是一種能“通”或“斷”的熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種新型的半導體元件，可用作延時型起動開關。使用時，將PTC元件與電容起動或電阻起動電機的副繞組串聯。在起動初期，因PTC熱敏電阻尚未發熱，阻值很低，副繞組處于通路狀態，電機開始起動。隨著時間的推移，電機的轉速不斷增加，PTC元件的溫度因本身的焦耳熱而上升，當超過居里點Tc（即電阻急劇增加的溫度點），電阻劇增，副繞組電路相當于斷開，但還有一個很小的維持電流，并有2-3瓦的損耗，使PTC元件的溫度維持在居里點Tc值以上。當電機停止運行后，PTC元件溫度不斷下降，約2-3分鐘其電阻值降到Tc點以下，這時有可以重新啟動，這一時間正好是電冰箱和空調機所規定的兩次開機間的停機時間。
PTC起動器的優點：無觸點、運行可靠、無噪無電火花，防火、防爆性能好。且耐振動、耐沖擊、體積小、重量輕、價格低。
7 銘牌
包括：電機名稱、型號、標準編號、制造廠名、出廠編號、額定電壓、額定功率、額定電流、額定轉速、繞組接法、絕緣等級等。
原理
交流伺服電機的工作原理和單相感應電動機無本質上的差異。但是，交流伺服電機必須具備一個性能，就是能克服交流伺服電機的所謂“自轉”現象，即無控制信號時，它不應轉動，特別是當它已在轉動時，如果控制信號消失，它應能立即停止轉動。而普通的感應電動機轉動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續轉動。
當電機原來處于靜止狀態時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組通電產生脈動磁場。可以把脈動磁場看成兩個圓形旋轉磁場。這兩個圓形旋轉磁場以同樣的大小和轉速，向相反方向旋轉，所建立的正、反轉旋轉磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產生的力矩也大小相等、方向
相反，合成力矩為零，伺服電機轉子轉不起來。一旦控制系統有偏差信號，控制繞組就要接受與之相對應的控制電壓。在一般情況下，電機內部產生的磁場是橢圓形旋轉磁場。一個橢圓形旋轉磁場可以看成是由兩個圓形旋轉磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉磁場幅值不等（與原橢圓旋轉磁場轉向相同的正轉磁場大，與原轉向相反的反轉磁場?。?，但以相同的速度，向相反的方向旋轉。它們切割轉子繞組感應的電勢和電流以及產生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉者大，反轉者小）合成力矩不為零，所以伺服電機就朝著正轉磁場的方向轉動起來，隨著信號的增強，磁場接近圓形，此時正轉磁場及其力矩增大，反轉磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負載力矩不變，轉子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相180o，旋轉磁場的轉向相反，因而產生的合成力矩方向也相反，伺服電機將反轉。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機產生的磁場將是脈動磁場，轉子很快地停下來。
為使交流伺服電機具有控制信號消失，立即停止轉動的功能，把它的轉子電阻做得特別大，使它的臨界轉差率Sk大于1。在電機運行過程中，如果控制信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產生一個脈動磁場，此脈動磁場可視為正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成。圖3-13畫出正向及反向旋轉磁場切割轉子導體后產生的力矩一轉速特性曲線，以及它們的合成特性曲線。假設電動機原來在單一正向旋轉磁場的帶動下運行于A點，此時負載力矩是。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉化為脈動磁場，它可視為正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成，電機即按合成特性曲線3運行。由于轉子的慣性，運行點由A點移到B點，此時電動機產生了一個與轉子原來轉動方向相反的制動力矩。在負載力矩和制動力矩的作用下使轉子迅速停止。
必須指出，普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態下工作，不對稱運行屬于故障狀態。而交流伺服電機則可以靠不同程度的不對稱運行來達到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通異步電動機的根本區別。
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