伺服电机的工作原理

Question

如题所述

Answer 1

1. 交流伺服电机主要分为鼠笼型和杯型两种转子结构。鼠笼型转子类似于常见的笼式三相异步电动机，而杯型转子则由非磁性导电材料制成空心杯状，具有很小的转动惯量。
2. 杯型转子交流伺服电机的结构包括外定子、杯形转子和内定子。外定子与鼠笼型转子的交流伺服电机相同，而内定子由硅钢片叠压而成，固定在端盖上，内定子上没有绕组，仅作为磁路使用。
3. 交流伺服电机的工作原理与单相感应电动机类似，但交流伺服电机需要克服所谓的“自转”现象，即在没有控制信号时不应转动，或在转动时一旦控制信号消失应能立即停止。
4. 当电机处于静止状态且控制绕组无控制电压时，只有励磁绕组产生脉动磁场。这个脉动磁场可看作两个相反方向旋转的圆形旋转磁场，它们产生的电动势和电流合成力矩为零，因此伺服电机转子无法启动。
5. 控制系统产生偏差信号时，控制绕组会接受相应的控制电压。这导致电机内部产生的磁场为椭圆形旋转磁场，其中一个圆形旋转磁场幅值较大，另一个较小，它们切割转子绕组感应出的电动势和电流以及产生的电磁力矩也不相等，合成力矩不为零，从而使伺服电机开始转动。
6. 随着控制信号的增强，磁场接近圆形，正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如果负载力矩不变，转子的速度就会增加。
7. 改变控制电压的相位可以改变旋转磁场的转向，从而产生相反的合成力矩，使伺服电机反转。
8. 当控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场为脉动磁场，转子会迅速停下来。
9. 交流伺服电机的设计使其转子电阻特别大，以实现临界转差率Sk大于1，确保控制信号消失时能立即停止转动。
10. 当控制信号消失，气隙中的脉动磁场可视为正向和反向旋转磁场的合成，电机按照合成特性曲线运行，产生与转子原来转动方向相反的制动力矩，使转子迅速停止。
11. 交流伺服电机与普通异步电动机的根本区别在于，交流伺服电机可以利用不同程度的不对称运行来实现控制目的，而普通异步电动机通常在对称状态下工作。