注评考试《机电设备评估基础》预习：交流伺服电动及其速度控制

第五章 数控机床及工业机器人

　　知识点十五、交流伺服电动及其速度控制

　　直流伺服电动机具有优良的调速性能，但它的电刷和换向器容易磨损，需要经常维护；由于换向器换向时会产生火花而使最高转速受到限制；直流电动机结构复杂，制造困难，成本高。因此，20世纪80年代中期以来，交流伺服电动机得到飞速发展，交流伺服系统正在逐步取代直流伺服系统。

　　（一）交流伺服电动机（掌握）

　　1.交流主轴电动机

　　是经过专门设计的鼠笼式三相异步电动机。特点是：

　　（1）没有外壳，定子铁芯直接暴露在空气中，而且有轴向通风孔，以利于电动机冷却、缩小电动机体积，增大了电动机的功率。

　　（2）转子做成细长型，以便减小转子的转动惯量。

　　（3）尾部都同轴安装有脉冲发生器（或脉冲编码器）。

　　交流主轴电动机的功率一速度特性曲线与直流主轴电动机相类似：在基本速度以下为恒转矩区域，在基本速度以上为恒功率区域。

　　恒功率的速度范围只有1：3的速度比，当速度超过一定值后，功率一速度特性曲线会向下倾斜。

　　交流主轴电动机也具有一定的过载能力，一般能在额定负载的1.2～1.5倍负载下工作几分钟至半个小时。

　　【链接】直流主轴电动机一般能承受150%的过载载荷，过载时间随生产厂家而已，1~30min不等。

　　2.永磁同步交流伺服电动机。主要由定子、转子和检测部件三部分组成：

　　定子形状与普通感应电动机的定子相似，具有齿槽，内有三相绕组，外表面多呈多边形，且无外壳，这样有利于散热。

　　转子是永久磁铁。当定子三相绕组接上电源后，就产生一个旋转磁场，该旋转磁场吸引永磁转子同步旋转。

　　转子转速为：

　　式中：nr——转子转速；ns——定子旋转磁场转速；f-电源频率；Ｐ——磁极对数。

　　【注意】无转差率，旋转磁场的转速和永磁转子同步旋转。而交流三项异步电动机的转速还需要考虑转差率。

　　交流伺服电动机的性能用特性曲线和数据表来描述。其中最重要的是电动机的工作曲线，即转矩一速度特性曲线。

　　交流伺服电动机的机械特性要比直流伺服电动机的机械特性更硬，其直线更接近水平线。另外，断续工作区的范围更为扩大，尤其是在高速区域，这将有利于提高电动机的加、减速能力。

　　（二）交流伺服电动机的速度控制方法（熟悉）

　　1.交流主轴电动机的速度控制

　　广泛采用矢量控制调速。

　　对于交流主轴电动机而言，气隙磁通和转子电流不是独立变量，它们都是转差率S的函数，无法分开进行独立控制。另外，被控量是既有大小又有相位的矢量，比标量难控制得多。将交流矢量转换成标量，从而将交流电动机模拟成直流电动机来控制它的转矩，称为交流矢量的直流标量化。

　　【拓展】矢量又有数值又有方向，如速度，加速度等；标量只有数值没有方向，如质量。交流电是有相位的，而直流电却没有。

　　2.永磁同步交流伺服电动机的速度控制

　　由同步电动机的转速计算公式可知，可以通过改变电源频率来实现调速的要求。改变频率可以采用交-直-交变频器或交-交变频器。

　　【链接】在第三章的直流电动机中，改变电源频率还有“变频机组”，这种方式运用很少。