第7章交流伺服電動機(jī)7.1概述7.2交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理7.3兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場7.4圓形旋轉(zhuǎn)磁場作用下的運(yùn)行分析7.5三相異步電動機(jī)磁場及轉(zhuǎn)矩7.6橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場及其分析方法7.7幅值控制時的特性7.8移相方法和控制方式7.9電容伺服電動機(jī)的特性7.10交流伺服電動機(jī)的使用7.11主要性能指標(biāo)和技術(shù)數(shù)據(jù)思考題與習(xí)題7.1概述

伺服電動機(jī)的作用是驅(qū)動控制對象。被控對象的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速受信號電壓控制，信號電壓的大小和極性改變時，電動機(jī)的轉(zhuǎn)動速度和方向也跟著變化。由于交流伺服電動機(jī)在控制系統(tǒng)中主要作為執(zhí)行元件，自動控制系統(tǒng)對它提出的要求主要有下列幾點(diǎn)：

(1)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向應(yīng)方便地受控制信號的控制，調(diào)速范圍要大；

(2)整個運(yùn)行范圍內(nèi)的特性應(yīng)具有線性關(guān)系，保證運(yùn)行的穩(wěn)定性；

(3)當(dāng)控制信號消除時，伺服電動機(jī)應(yīng)立即停轉(zhuǎn)，也就是要求伺服電動機(jī)無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象；

(4)控制功率要小，啟動轉(zhuǎn)矩應(yīng)大；

(5)機(jī)電時間常數(shù)要小，始動電壓要低。當(dāng)控制信號變化時，反應(yīng)應(yīng)快速靈敏。1—交流伺服電動機(jī)；2—減速齒輪；3—機(jī)械負(fù)載軸圖7-1交流伺服電動機(jī)的功用7.2交流伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理7.2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

7.2.2工作原理交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩大部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90°電角度的兩相繞組，如圖7-2所示。其中l(wèi)1-l2稱為勵磁繞組，k1-k2稱為控制繞組，所以交流伺服電動機(jī)是一種兩相的交流電動機(jī)。

7.2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)常用的有鼠籠形轉(zhuǎn)子和非磁性杯形轉(zhuǎn)子。鼠籠形轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)軸、轉(zhuǎn)子鐵心和轉(zhuǎn)子繞組等組成。轉(zhuǎn)子鐵心是由硅鋼片疊成的，每片沖成有齒有槽的形狀，然后疊壓起來將軸壓入軸孔內(nèi)。鐵心的每一槽中放有一根導(dǎo)條，所有導(dǎo)條兩端用兩個短路環(huán)連接，這就構(gòu)成轉(zhuǎn)子繞組。如果去掉鐵心，整個轉(zhuǎn)子繞組形成一鼠籠狀，鼠籠的材料有用銅的，也有用鋁的，為了制造方便，一般采用鑄鋁轉(zhuǎn)子，即把鐵心疊壓后放在模子內(nèi)用鋁澆鑄，把鼠籠導(dǎo)條與短路環(huán)鑄成一體。交流伺服電動機(jī)使用時，勵磁繞組兩端施加恒定的勵磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk，如圖7-8所示。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動機(jī)就會很快轉(zhuǎn)動起來，將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的機(jī)械轉(zhuǎn)動。為了說明電動機(jī)轉(zhuǎn)動的原理，首先觀察下面的實驗。7.2.2工作原理圖7-9是一個簡單的實驗裝置。一個能夠自由轉(zhuǎn)動的鼠籠轉(zhuǎn)子放在可用手柄轉(zhuǎn)動的兩極永久磁鐵中間，當(dāng)轉(zhuǎn)動手柄使永久磁鐵旋轉(zhuǎn)時，就會發(fā)現(xiàn)磁鐵中間的鼠籠轉(zhuǎn)子也會跟著磁鐵轉(zhuǎn)動起來。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速比磁鐵慢，當(dāng)磁鐵的旋轉(zhuǎn)方向改變時，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向也跟著改變?，F(xiàn)在來分析一下鼠籠轉(zhuǎn)子跟著磁鐵轉(zhuǎn)動的原理。當(dāng)磁鐵旋轉(zhuǎn)時，在空間形成一個旋轉(zhuǎn)磁場。假設(shè)圖7-9中的永久磁鐵是順時針方向以ns的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。

在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就產(chǎn)生感應(yīng)電勢。導(dǎo)條都是通過短路環(huán)連接起來的，因此在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中就會有電流流過。電流有功分量的方向和感應(yīng)電勢方向相同。轉(zhuǎn)子載流導(dǎo)條與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力，這個電磁力F作用在轉(zhuǎn)子上，并對轉(zhuǎn)軸形成電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)矩方向與磁鐵轉(zhuǎn)動的方向是一致的，也是順時針方向。為了克服機(jī)械負(fù)載的阻力矩，轉(zhuǎn)子繞組中必須要有一定大小的電流以產(chǎn)生足夠的電磁轉(zhuǎn)矩，而轉(zhuǎn)子繞組中的電流是由旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條產(chǎn)生的，那末要產(chǎn)生一定數(shù)量的電流，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須要低于旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速。顯然，如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于磁鐵的轉(zhuǎn)速，則轉(zhuǎn)子與旋轉(zhuǎn)磁鐵之間就沒有相對運(yùn)動，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條將不切割磁力線，這時轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中不產(chǎn)生感應(yīng)電勢、電流以及電磁轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總是比磁鐵轉(zhuǎn)速低。機(jī)械負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩越大，需要的轉(zhuǎn)子電流越大，需要的相對切割速度越大，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)得越慢。從上面的簡單實驗清楚地說明，鼠籠轉(zhuǎn)子所以會轉(zhuǎn)動起來是由于在空間中有一個旋轉(zhuǎn)磁場。旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條，在轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中產(chǎn)生感應(yīng)電勢和電流，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流再與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用就產(chǎn)生力和轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向和旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，于是轉(zhuǎn)子就跟著旋轉(zhuǎn)磁場沿同一方向轉(zhuǎn)動。這就是交流伺服電動機(jī)的簡單工作原理。非磁性杯形轉(zhuǎn)子也能產(chǎn)生上述效果。杯形轉(zhuǎn)子與鼠籠轉(zhuǎn)子從外表形狀來看是不一樣的。但實際上，杯形轉(zhuǎn)子可以看作是鼠籠條數(shù)目非常多的、條與條之間彼此緊靠在一起的鼠籠轉(zhuǎn)子，杯形轉(zhuǎn)子的兩端也可看作由短路環(huán)相連接，如圖7-7所示。這樣，杯形轉(zhuǎn)子只是鼠籠轉(zhuǎn)子的一種特殊形式。從實質(zhì)上看，二者沒有什么差別，在電機(jī)中所起的作用也完全相同。

非磁性杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中外定子與鼠籠形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)的定子完全一樣，內(nèi)定子由環(huán)形鋼片疊成，通常內(nèi)定子不放繞組，只是代替鼠籠轉(zhuǎn)子的鐵心，作為電機(jī)磁路的一部分。在內(nèi)、外定子之間有細(xì)長的空心轉(zhuǎn)子裝在轉(zhuǎn)軸上，空心轉(zhuǎn)子作成杯子形狀，所以又稱為空心杯形轉(zhuǎn)子。空心杯由非磁性材料鋁或銅制成，它的杯壁極薄，一般在0.3mm左右。杯形轉(zhuǎn)子套在內(nèi)定子鐵心外，并通過轉(zhuǎn)軸可以在內(nèi)、外定子之間的氣隙中自由轉(zhuǎn)動，而內(nèi)、外定子是不動的。1—杯形轉(zhuǎn)子；2—外定子；3—內(nèi)定子；4—機(jī)殼；5—端蓋與鼠籠形轉(zhuǎn)子相比較，非磁性杯形轉(zhuǎn)子慣量小，軸承摩擦阻轉(zhuǎn)矩小。由于它的轉(zhuǎn)子沒有齒和槽，所以定、轉(zhuǎn)子間沒有齒槽粘合現(xiàn)象，轉(zhuǎn)矩不會隨轉(zhuǎn)子不同的位置而發(fā)生變化，恒速旋轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子一般不會有抖動現(xiàn)象，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。但是由于它內(nèi)、外定子間氣隙較大(杯壁厚度加上杯壁兩邊的氣隙)，所以勵磁電流就大，降低了電機(jī)的利用率，因而在相同的體積和重量下，在一定的功率范圍內(nèi)，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)比鼠籠轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)所產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩和輸出功率都??；另外，杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)結(jié)構(gòu)和制造工藝又比較復(fù)雜。因此，目前廣泛應(yīng)用的是鼠籠形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)，只有在要求運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)的某些特殊場合下(如積分電路等)，才采用非磁性杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機(jī)。優(yōu)缺點(diǎn)但應(yīng)該注意的是，在實際的電機(jī)中沒有一個像圖那樣的旋轉(zhuǎn)磁鐵，電機(jī)中的旋轉(zhuǎn)磁場由定子兩相繞組通入兩相交流電流所產(chǎn)生。下節(jié)就來分析兩相繞組是怎樣產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的。7.3兩相繞組的圓形旋轉(zhuǎn)磁場

7.3.1圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生7.3.2旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向7.3.3旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為了分析方便，先假定勵磁繞組有效匝數(shù)Wf與控制繞組有效匝數(shù)Wk相等。這種在空間上互差90°電角度，有效匝數(shù)又相等的兩個繞組稱為對稱兩相繞組。同時，又假定通入勵磁繞組的電流與通入控制繞組的電流相位上彼此相差90°，幅值彼此相等，這樣的兩個電流稱為兩相對稱電流，7.3.1圓形旋轉(zhuǎn)磁場的產(chǎn)生用數(shù)學(xué)式表示為

ik=Ikmsin

ωtif=Ifmsin(ωt-90°)

Ifm=Ikm=Im

兩相對稱電流假定正值電流是從繞組始端流入，從末端流出，負(fù)值電流從繞組末端流入，從始端流出。不同瞬間電機(jī)磁場分布的情況從以上分析可見，當(dāng)兩相對稱電流通入兩相對稱繞組時，在電機(jī)內(nèi)就會產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，這個旋轉(zhuǎn)磁場的磁通密度Bδ在空間也可看成是按正弦規(guī)律分布的，其幅值是恒定不變的(等于Bm)，而磁通密度幅值在空間的位置卻以轉(zhuǎn)速ns在旋轉(zhuǎn)，如圖7-13所示。當(dāng)控制電流從正的最大值經(jīng)過一個周期又回到正的最大值，即電流變化一個周期時，旋轉(zhuǎn)磁場在空間轉(zhuǎn)了一圈。由于電機(jī)磁通密度幅值是恒定不變的，在磁場旋轉(zhuǎn)過程中，磁通密度向量B的長度在任何瞬間都保持為恒值，等于一相磁通密度向量的最大值Bm，它的方位隨時間的變化在空間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，磁通密度向量B的矢端在空間描出一個以Bm為半徑的圓，這樣的磁場稱為圓形旋轉(zhuǎn)磁場。僅控制繞組通入交流電時僅勵磁繞組通入交流電時任何瞬間電機(jī)合成磁場的磁通密度向量的長度為：在兩相系統(tǒng)里，如果有兩個脈振磁通密度，它們的軸線在空間相夾90°電角度，脈振的時間相位差為90°，其脈振的幅值又相等，那末這樣兩個脈振磁場的合成必然是一個圓形旋轉(zhuǎn)磁場。結(jié)論當(dāng)兩相繞組匝數(shù)不等，設(shè)匝數(shù)比為

(7-2)可以看出，只要兩個脈振磁場的磁勢幅值相等，即Ffm=Fkm，它們所產(chǎn)生的兩個磁通密度的脈振幅值就相等，因而這兩個脈振磁場合成的磁場也必然是圓形旋轉(zhuǎn)磁場。由于磁勢幅值

Ffm

∝IfWfFkm∝IkWk

(式中，If、Ik分別為勵磁繞組電流及控制繞組電流的有效值)，所以當(dāng)Ffm

=Fkm

時，必有

IfWf=IkWk(7-3)

或(7-4)這就是說，當(dāng)兩相繞組有效匝數(shù)不等時，若要產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場，這時兩個繞組中的電流值也應(yīng)不等，且應(yīng)與繞組匝數(shù)成反比。

伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是跟著旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)的，也就是說，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向。旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向是從流過超前電流的繞組軸線轉(zhuǎn)到流過落后電流的繞組軸線。圖7-12中控制電流ik超前勵磁電流if，所以旋轉(zhuǎn)磁場是從控制繞組軸線轉(zhuǎn)到勵磁繞組軸線，即按順時針的方向轉(zhuǎn)動的.7.3.2旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向顯然，當(dāng)任意一個繞組上所加的電壓反相時(電壓倒相或繞組兩個端頭換接)，則流過該繞組的電流也反相，即原來是超前電流的就變成落后電流，原來是落后電流的則變成超前電流(如圖7-16中，原來超前電流ik變成落后電流i′k)，因而旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向改變，變成反時針方向，如圖7-17所示。這樣電機(jī)的轉(zhuǎn)向也發(fā)生變化。實際上，在系統(tǒng)中使用時，就是采用這種方法使伺服電動機(jī)反轉(zhuǎn)的。圖7-16一相電壓倒相后的繞組電流波形旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速決定于定子繞組極對數(shù)和電源的頻率。兩極的電機(jī)，即極對數(shù)p=1。對兩極電機(jī)而言，電流每變化一個周期，磁場旋轉(zhuǎn)一圈，因而當(dāng)電源頻率f=400Hz，即每秒變化400個周期時，磁場每秒應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)400圈，故對兩極電機(jī)，即p=1而言，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為

ns=f=24000r/min

當(dāng)電源頻率f=50Hz時，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為

ns=f=3000r/min7.3.3旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速ufuk四極電機(jī)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速從上圖的分析可知，當(dāng)控制電流從正的最大值經(jīng)過一個周期又回到正的最大值，即電流變化一個周期時，磁場只轉(zhuǎn)過半圈。因此，如果電源頻率f=50Hz，即電流每秒變化50周時，磁場每秒只轉(zhuǎn)過25圈，也就是說，對四極電機(jī)，即極對數(shù)p=2而言，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速為

當(dāng)知道兩極電機(jī)p=1，ns=f；四極電機(jī)p=2,ns=f/2以后，就可推論出對于極對數(shù)為p的電機(jī)，旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速的一般表達(dá)式為旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速常稱為同步速，以ns表示。交流伺服電動機(jī)使用的電源頻率通常是標(biāo)準(zhǔn)頻率f=400Hz或50Hz，當(dāng)頻率固定不變時，由式(7-5)可以看出，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速ns反比于極對數(shù)p，極數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越低，p與ns之間的數(shù)值關(guān)系如表7-1所示。

(1)單相繞組通入單相交流電后，所產(chǎn)生的是一個脈振磁場。

(2)圓形旋轉(zhuǎn)磁場的特點(diǎn)是：它的磁通密度在空間按正弦規(guī)律分布，其幅值不變并以恒定的速度在空間旋轉(zhuǎn)。(3)兩相對稱繞組通入兩相對稱電流就能產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場；或者說，空間上相夾90°電角度，時間上彼此有90°相位差，幅值又相等的兩個脈振磁場必然形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

(4)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向是從超前相的繞組軸線(此繞組中流有相位上超前的電流)轉(zhuǎn)到落后相的繞組軸線。把兩相繞組中任意一相繞組上所加的電壓反相(即相位改變180°)，就可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向。(5)旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速稱為同步速，只與電機(jī)極數(shù)和電源頻率有關(guān)，其關(guān)系為

7.3.4小結(jié)7.4圓形旋轉(zhuǎn)磁場作用下的運(yùn)行分析7.4.1轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率

7.4.2電壓平衡

7.4.1轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)差率相對速率Δn=ns-n轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n=ns(1-s)轉(zhuǎn)差率伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)子電流IR、轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)差率s隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL變化的情況：TL↑—→IR↑—→n↓—→s↑TL↓—→IR↓—→n↑—→s↓s=0，n=ns，此時轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步速相同，轉(zhuǎn)子導(dǎo)體不感應(yīng)電勢，也不產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這相當(dāng)于轉(zhuǎn)子軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩等于0的理想空載情況s=1,n=0，此時轉(zhuǎn)子不動，相當(dāng)于電機(jī)合上電源轉(zhuǎn)子將要啟動的瞬間，或者負(fù)載轉(zhuǎn)矩將電機(jī)軸卡住不動的情況7.4.2電壓平衡轉(zhuǎn)子不動時的電壓平衡方程式感應(yīng)電勢：e=Bδlv定、轉(zhuǎn)子繞組中所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢e隨時間也是按正弦規(guī)律變化頻率與切割速度和極數(shù)有關(guān)P=1,旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢就要交變1次P=2,旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢就要交變?次P對極：旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢就要交變p次：定、轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢與頻率頻率fs：感應(yīng)電勢幅值：每極平均磁通=60f

（次/min）=f

（次/s）=f（Hz）鏈接由于定、轉(zhuǎn)子繞組都是由很多導(dǎo)體串聯(lián)而成的，定、轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢就等于串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)(通常用匝數(shù)表示，串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)等于串聯(lián)匝數(shù)的兩倍)乘上每根導(dǎo)體的感應(yīng)電勢。定、轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢有效值漏磁電勢繞組壓降勵磁繞組漏磁電勢：控制繞組漏磁電勢：轉(zhuǎn)子繞組漏磁電勢：

勵磁繞組電阻壓降：控制繞組電阻壓降：轉(zhuǎn)子繞組電阻壓降：電壓平衡方程式

2.電機(jī)運(yùn)行時的電壓平衡方程式定子繞組中的電勢和電流頻率仍為f，因此定子繞組感應(yīng)電勢及電抗、電阻壓降表達(dá)式與前面轉(zhuǎn)子不動時完全相同。旋轉(zhuǎn)磁場同步速ns旋轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子朝著同一方向以轉(zhuǎn)速n在轉(zhuǎn)動：定子轉(zhuǎn)子鏈接：n=0公式P對極：旋轉(zhuǎn)磁場繞著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)，定、轉(zhuǎn)子繞組中的感應(yīng)電勢就要交變p次：n=0時轉(zhuǎn)子頻率：n≠0時轉(zhuǎn)子頻率：n=0時感應(yīng)電勢幅值：每極平均磁通鏈接：n=0公式n≠0時感應(yīng)電勢幅值：n≠0時感應(yīng)電勢:鏈接：n=0時感應(yīng)電勢n=0時感應(yīng)電勢:轉(zhuǎn)子繞組的感應(yīng)電勢：即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)子電勢ERs

等于轉(zhuǎn)子不動時的電勢ER與轉(zhuǎn)差率s的乘積。可以看出，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢在轉(zhuǎn)子不動時為最大，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動以后，由于轉(zhuǎn)差率s減小，轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢也就減小，當(dāng)理想空載n=ns,s=0時，則轉(zhuǎn)子感應(yīng)電勢ERs=0。轉(zhuǎn)子漏磁電勢轉(zhuǎn)子靜止時XRs

=XR，轉(zhuǎn)動時隨轉(zhuǎn)差率s的減小而減小。電壓平衡是電機(jī)中的一個很重要的規(guī)律，利用它可以分析電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生的許多物理現(xiàn)象。對交流伺服電動機(jī)也是如此。轉(zhuǎn)動時電壓平衡方程式7.4.3圓形旋轉(zhuǎn)磁場時的定子繞組電壓兩種情況產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場（一）(1)當(dāng)勵磁繞組有效匝數(shù)Wf和控制繞組有效匝數(shù)Wk相等，即Wf=Wk時，定子繞組為對稱兩相繞組，產(chǎn)生圓形磁場的定子電流必須是兩相對稱電流，即兩相電流幅值相等，相位相差90°。勵磁繞組和控制繞組參數(shù)相等：控制繞組比勵磁繞組超前90°：Rk=Rf

，Xk=Xf兩定子繞組電壓關(guān)系：兩相定子繞組匝數(shù)相等時，為得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場兩個繞組電壓必須是兩相對稱電壓。(2)當(dāng)兩相繞組匝數(shù)不等時，設(shè)Wf/Wk=k，此時為得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場，兩相電流幅值不等、相位仍差90°。兩種情況產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場（二）兩繞組感應(yīng)電勢當(dāng)兩相繞組在定子鐵心中對稱分布時，每相繞組占有相同的槽數(shù)其中每相繞組導(dǎo)線的長度正比于匝數(shù)，即l∝W，導(dǎo)線截面積反比于匝數(shù)，S∝1/W，所以電阻R∝W2。知識點(diǎn)鏈接定子漏電抗定子電壓關(guān)系：當(dāng)兩相繞組匝數(shù)不等時，要得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場，兩相電壓的相位差應(yīng)是90°，其值應(yīng)與匝數(shù)成正比。當(dāng)兩相繞組產(chǎn)生圓形旋轉(zhuǎn)磁場時，這時加在定子繞組上的電壓分別定義為額定勵磁電壓

和額定控制電壓，并稱兩相交流伺服電動機(jī)處于對稱狀態(tài)。由以上分析可知，當(dāng)Wk=Wf，則

Ufn

=Ukn

若Wf/Wk=k,則一般情況下7.4.4轉(zhuǎn)矩及機(jī)械特性

1.電磁轉(zhuǎn)矩的表達(dá)式旋轉(zhuǎn)磁場的氣隙磁通密度波Bδ以同步速ns，而轉(zhuǎn)子以轉(zhuǎn)速n從右向左旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上有ZR(=10)根鼠籠條分布在它的圓周上，每兩根鼠籠條之間相夾的角度為α。某一瞬間t導(dǎo)條1e1=ERmsin0°

導(dǎo)條2e2=ERmsin

α

導(dǎo)條3e3=ERmsin2α……

導(dǎo)條10e10

=ERmsin9α

上述各式中的ERm

為轉(zhuǎn)子導(dǎo)條的電勢最大值，就是當(dāng)導(dǎo)條切割磁通密度最大值Bδm

時所產(chǎn)生的感應(yīng)電勢。旋轉(zhuǎn)磁場以相對速度Δn=ns-n切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)條轉(zhuǎn)子導(dǎo)條感應(yīng)電勢由于轉(zhuǎn)子繞組存在漏電抗，轉(zhuǎn)子阻抗是電感性的，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流要落后于電勢一個阻抗角φR，這時導(dǎo)條的電流為：導(dǎo)條1i1=IRmsin(-φR)

導(dǎo)條2i2=IRmsin(α-φR)

導(dǎo)條3i3=IRmsin(2α-φR)……

導(dǎo)條10i10

=IRmsin(9α-φR)轉(zhuǎn)子導(dǎo)條電流根據(jù)f=Bδil的原理求力，可得這時各導(dǎo)條所受到的電磁力為：導(dǎo)條1F1=Bδ1i1l=0×i1×l=0

導(dǎo)條2F2=Bδ2i2l=BδmsinαIRmsin(α-φR)l

導(dǎo)條3F3=Bδ3i3l=Bδmsin2αIRmsin(2α-φR)l……

導(dǎo)條10F10

=Bδ10i10l

=Bδmsin9αIRmsin(9α-φR)l轉(zhuǎn)子導(dǎo)條受到的電磁力則各導(dǎo)條所受到的電磁力為：

導(dǎo)條2F2=

1/2BδmIRml［cos

φR-cos(2α-φR)］導(dǎo)條3F3=

1/2BδmIRml［cos

φR-cos(4α-φR)］……導(dǎo)條10F10

=

1/2BδmIRml［cos

φR-cos(18α-φR)］運(yùn)算整理整個轉(zhuǎn)子所受到的電磁力作用在轉(zhuǎn)子上的電磁轉(zhuǎn)矩等于電磁力乘上轉(zhuǎn)子的半徑，即轉(zhuǎn)矩式中，DR為轉(zhuǎn)子鐵心外徑。轉(zhuǎn)子總的電磁轉(zhuǎn)矩與磁場位置無關(guān)，是一個不隨時間而變的常數(shù)。

交流伺服電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與每極磁通Φ及轉(zhuǎn)子電流的有功分量IR

cosφR成正比。具體求解T中的IR又所以Uf≈Ef=4.44WffΦ勵磁繞組的電阻壓降IfRf和電抗壓降IfXf相對于電勢Ef相當(dāng)小，可以近似的忽略每極磁通可近似地表示為

Φ≈

Uf

/4.44Wffcos

φR是轉(zhuǎn)子電路中的功率因數(shù)：具體求解T中的Φ及cosφR整理后的近似電磁轉(zhuǎn)矩該式表示伺服電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩與電壓、電機(jī)參數(shù)及轉(zhuǎn)差率之間的關(guān)系。對已制成的電機(jī)，電機(jī)參數(shù)是一定的，f又為常數(shù)，因此當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速一定，也就是轉(zhuǎn)差率s不變時，電磁轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，即T∝U2f

當(dāng)勵磁繞組兩端接在恒定的交流電源上時，勵磁電壓Uf的值將保持不變，所以對于一定的電機(jī)，電磁轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)差率s(也就是轉(zhuǎn)速)的變化而變化。

2.轉(zhuǎn)矩公式和機(jī)械特性的討論機(jī)械特性曲線分析（以曲線1為例）當(dāng)理想空載即n=ns、s=0時，電磁轉(zhuǎn)矩T=0，隨著轉(zhuǎn)差率增加(即轉(zhuǎn)速的減少)，電磁轉(zhuǎn)矩增加；當(dāng)轉(zhuǎn)差率s=sm時，轉(zhuǎn)矩達(dá)到最大值Tmax

，以后轉(zhuǎn)矩逐漸減??；當(dāng)轉(zhuǎn)差率s=1、n=0即電機(jī)不轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩為Td，此稱為伺服電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Td分析（一）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與電壓平方成正比，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大，電機(jī)啟動時帶負(fù)載能力大，電機(jī)加速也比較快。最大轉(zhuǎn)矩Tmax

值此時S值為：推導(dǎo)方法：1、導(dǎo)數(shù)求極值法2、a2+b2>=2ab當(dāng)且僅當(dāng)a=bsm稱為臨界轉(zhuǎn)差率堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Td分析（二）臨界轉(zhuǎn)差率sm與轉(zhuǎn)子電阻RR成正比，但最大轉(zhuǎn)矩的值卻與轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻增大時，最大轉(zhuǎn)矩值保持不變，而臨界轉(zhuǎn)差率隨著增大。隨著轉(zhuǎn)子電阻增大，特性曲線的最大點(diǎn)沿著平行于橫軸的直線mn向左移動，這樣可保持最大轉(zhuǎn)矩不變，而臨界轉(zhuǎn)差率成比例地增大。總結(jié)：Tmax和Uj2成正比，和轉(zhuǎn)子電阻無關(guān)Sm和轉(zhuǎn)子電阻正比，和Uj無關(guān)機(jī)械特性穩(wěn)定性分析（一）自動控制系統(tǒng)對伺服電動機(jī)有一個重要要求，就是在整個運(yùn)行范圍內(nèi)應(yīng)保證其工作的穩(wěn)定性，而這個要求只有下垂的機(jī)械特性才能達(dá)到。電機(jī)在下降段g點(diǎn)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。1、負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩由TL突然增加到T′L，g→g′2、負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩又突然恢復(fù)到TLg′

→g穩(wěn)定區(qū)機(jī)械特性穩(wěn)定性分析（二）假定電動機(jī)在b點(diǎn)運(yùn)行1、負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩突然增加時，

b→a停轉(zhuǎn)。2、負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩突然下降，

b→c不穩(wěn)定區(qū)穩(wěn)定性選擇對于一般負(fù)載(如恒定負(fù)載)只有在機(jī)械特性下降段，即導(dǎo)數(shù)dT/dn＜0處才是穩(wěn)定區(qū)，才能穩(wěn)定運(yùn)行。為了使伺服電動機(jī)在轉(zhuǎn)速從0~ns的整個運(yùn)行范圍內(nèi)都保證其工作穩(wěn)定性，它的機(jī)械特性就必須在轉(zhuǎn)速從0~ns的整個運(yùn)行范圍內(nèi)都是下垂的。要具有這樣下垂的機(jī)械特性，交流伺服電動機(jī)要有足夠大的轉(zhuǎn)子電阻，使臨界轉(zhuǎn)差率sm＞1。轉(zhuǎn)子電阻也不能太大，否則堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Td將隨轉(zhuǎn)子電阻增加而減小。比較曲線3和4可以看出原因。7.6橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場及其分析方法7.6.1橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的形成7.6.2橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的分析方法——分解法7.6.1橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的形成交流伺服電動機(jī)在運(yùn)行過程中控制電壓經(jīng)常在變化，因此兩相繞組所產(chǎn)生的磁勢幅值一般是不相等的，即IkWk≠IfWf，這樣代表兩個脈振磁場的磁通密度向量幅值也不相等，即Bkm

≠Bfm

，而且通入兩個繞組中的電流在時間上相位差也不總是90°。一般情況

(a)t=t0，t3,t6;(b)t=t1,t4；(c)t=t2,t5正表示從頭到尾（一）兩相電流相位差為90°而幅值不等橢圓形磁場令α為橢圓的長、短軸之比，則α=Bkm/Bfm轉(zhuǎn)速也是個變化量。不同α值的橢圓度（二）兩相電流相位差為0°合成脈振磁場

一般情況下的合成磁場同相分量無旋轉(zhuǎn)作用，只能一起產(chǎn)生脈振磁場。

90°分量才能產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。β在0到90°之間變化時，橢圓度也隨著變化。

7.6.2橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的分析方法——分解法一、脈振磁場的分解脈振磁場就是橢圓形磁場的橢圓度大到極端的情況。可以把它分解成兩個幅值相等、轉(zhuǎn)速相同，但轉(zhuǎn)向相反的圓形磁場來等效。脈振磁場的分解例：伺服電動機(jī)兩個繞組中的電流相位差為90°，但磁勢的幅值不相等時所產(chǎn)生的橢圓磁場。

Bf=Bfmsin(ωt-90°)Bk=αBfmsin

ωt二、一般橢圓磁場的分解將勵磁磁通Bf進(jìn)行如下的分解：

Bf=Bfmsin(ωt-90°)=αBfmsin(ωt-90°)+(1-α)Bfmsin(ωt-90°)=Bf1

+Bf2

上式的意思就是磁通密度向量Bf可看作由

Bf1

=αBfm

·sin(ωt-90°)和

Bf2

=(1-α)Bfmsin(ωt-90°)分解過程（一）兩個磁通密度向量的合成。Bkm

=αBfm

所以，一個橢圓磁場就可看作為一個圓形磁場和一個脈振磁場的合成，圓形磁場的幅值為

B圓=αBfm

脈振磁場的幅值為

B脈=(1-α)Bfm

橢圓磁場的分解再根據(jù)前面的分析，脈振磁場Bf2

又可分解為兩個轉(zhuǎn)向相反、幅值都等于脈振磁通密度最大值之半的圓磁場，因此原來的橢圓磁場就可用兩個正向圓磁場和一個反向圓磁場來等效，兩個正向圓磁場由于轉(zhuǎn)速相同，而且磁場的軸線一致，所以可合成一個圓磁場，與原來的磁場同方向旋轉(zhuǎn)。它的幅值用B正表示，即交流伺服電動機(jī)在一般的運(yùn)行情況時，定子繞組產(chǎn)生的是一個橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，橢圓形磁場可用兩個轉(zhuǎn)速相同、轉(zhuǎn)向相反的圓形旋轉(zhuǎn)磁場來代替，其中一個的轉(zhuǎn)向與原來的橢圓磁場轉(zhuǎn)向相同，稱為正向圓形旋轉(zhuǎn)磁場，另一個則相反，稱為反向圓形旋轉(zhuǎn)磁場。如果磁場的橢圓度越小(即α越接近1)，反向旋轉(zhuǎn)磁場就越小，而正向旋轉(zhuǎn)磁場就越大；反之，如果磁場橢圓度越大(即α接近0)，則反向旋轉(zhuǎn)磁場就越大，正向旋轉(zhuǎn)磁場就越小，但不管α多大，反向旋轉(zhuǎn)磁場幅值總是小于正向旋轉(zhuǎn)磁場幅值，只有當(dāng)控制繞組中的電流為0，即α=0，成為脈振磁場時，正、反向旋轉(zhuǎn)磁場幅值才相等。結(jié)論7.7幅值控制時的特性7.7.1有效信號系數(shù)αe7.7.2不同有效信號系數(shù)時的機(jī)械特性7.7.3零信號時的機(jī)械特性和無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象

7.7.4轉(zhuǎn)速的控制與調(diào)節(jié)特性7.7.1有效信號系數(shù)αe在實際使用中，考慮到控制電壓是表征對伺服電動機(jī)所施加的控制電信號，用有效信號系數(shù)αe表示。

Uk為實際控制電壓；Ukn

為額定控制電壓，當(dāng)控制電壓Uk在0~Ukn

變化時，有效信號系數(shù)αe在0~1變化。有效信號系數(shù)αe改變控制電壓，即改變αe的大小，也就改變了電機(jī)（橢圓度）不對稱程度，所以兩相交流伺服電動機(jī)是靠改變電機(jī)運(yùn)行的不對稱程度來達(dá)到控制的目的。7.7.2不同有效信號系數(shù)時的機(jī)械特性根據(jù)對橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場的分析，可作出交流伺服電動機(jī)不同有效信號系數(shù)時的機(jī)械特性。當(dāng)αe=1時，氣隙磁場是圓形旋轉(zhuǎn)磁場；當(dāng)αe≠1時，氣隙磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場，它可用正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩個圓磁場來代替，它們的作用可以想象為有兩對大小不同的磁鐵N-S和N′-S′在空間以相反的方向旋轉(zhuǎn)，其中和轉(zhuǎn)子同方向旋轉(zhuǎn)的一對大磁鐵N-S等效為正向圓形旋轉(zhuǎn)磁場，另一對小磁鐵N′-S′等效為反向圓形旋轉(zhuǎn)磁場，其轉(zhuǎn)速都等于同步速ns。轉(zhuǎn)差率根據(jù)對伺服電動機(jī)工作原理的分析，旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子感應(yīng)電流相互作用所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩，它的方向總是與旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相同，也就是說，電磁轉(zhuǎn)矩總要力圖使轉(zhuǎn)子順著旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向旋轉(zhuǎn)。由于反向旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反，因此反向旋轉(zhuǎn)磁場所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T反與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向也相反，是阻止轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的。電動機(jī)的總轉(zhuǎn)矩：T=T正-T反

在圓磁場作用下，對于一定的轉(zhuǎn)差率s和電機(jī)參數(shù)，T∝B2δm

對稱狀態(tài)時αe=1,Bδm

=Bfm

對稱狀態(tài)時反向旋轉(zhuǎn)磁場αe時的機(jī)械特性曲線不同αe時機(jī)械特性曲線當(dāng)αe變小，正轉(zhuǎn)圓磁場所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T正減小，反轉(zhuǎn)圓磁場所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩T反增大，合成轉(zhuǎn)矩T曲線必然向下移動?？刂齐妷篣k=0，或αe=0。當(dāng)αe=0時，磁場是脈振磁場，它可以分解為幅值相等、轉(zhuǎn)向相反的兩個圓形旋轉(zhuǎn)磁場，其作用可以想象為有兩對相同大小的磁鐵N-S和N′-S′在空間以相反方向旋轉(zhuǎn)。

7.7.3零信號時的機(jī)械特性和無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象零信號RR=RR1

較小

0＜s正＜1時，合成轉(zhuǎn)矩T絕大部分都是正的伺服電動機(jī)在控制電壓Uk作用下工作，當(dāng)突然切去控制電信號，即Uk=0時，只要阻轉(zhuǎn)矩小于單相運(yùn)行時的最大轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)仍將在轉(zhuǎn)矩T作用下繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這樣就產(chǎn)生了自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成失控。轉(zhuǎn)子電阻影響下的特性曲線RR=RR2

＞RR1轉(zhuǎn)子電阻有所增加，臨界轉(zhuǎn)差率已增加到sm正

=0.8，合成轉(zhuǎn)矩減小得多，但是與上面一樣，仍將產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。RR=RR3

＞RR2轉(zhuǎn)子電阻已增大到使臨界轉(zhuǎn)差率sm正

＞1的程度。這時合成轉(zhuǎn)矩曲線與橫軸相交僅有一點(diǎn)(s=1處)，而且在電機(jī)運(yùn)行范圍內(nèi)，合成轉(zhuǎn)矩均為負(fù)值，即為制動轉(zhuǎn)矩。因而當(dāng)控制電壓Uk取消變?yōu)閱蜗噙\(yùn)行時，電機(jī)就立刻產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，與負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩一起促使電機(jī)迅速停轉(zhuǎn)，這樣就不會產(chǎn)生自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。在這種情況下，停轉(zhuǎn)時間甚至較兩相繞組的電壓Uk和Uf同時取消時還快些。當(dāng)控制電壓一旦取消時(即Uk=0時)，伺服電動機(jī)應(yīng)立即停轉(zhuǎn)。為了消除自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，要求有相當(dāng)大的轉(zhuǎn)子電阻。無自轉(zhuǎn)要求及對應(yīng)曲線除了由于轉(zhuǎn)子電阻不夠大而引起的自轉(zhuǎn)以外，還存在一種工藝性的自轉(zhuǎn)。這種自轉(zhuǎn)是由于定子繞組有匝間短路，鐵心有片間短路，或者各向磁導(dǎo)不均等工藝上的原因所引起的。因此當(dāng)取消電信號時，本應(yīng)是脈振磁場，但這時卻成了微弱的橢圓磁場。在橢圓磁場作用下，轉(zhuǎn)子也會自轉(zhuǎn)起來。工藝性自轉(zhuǎn)多半發(fā)生在功率極小(十分之幾瓦至數(shù)瓦)的伺服電動機(jī)中，由于電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣性極小，在很小的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場作用下就能轉(zhuǎn)動。工藝性的自轉(zhuǎn)

7.7.4轉(zhuǎn)速的控制與調(diào)節(jié)特性設(shè)電機(jī)的負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩為TL(包括電機(jī)本身的阻轉(zhuǎn)矩)，有效信號系數(shù)αe=0.25時電機(jī)在特性點(diǎn)a運(yùn)行，轉(zhuǎn)速為na，這時電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩與負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩相平衡。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩一定的情況下，轉(zhuǎn)速與有效信號系數(shù)αe的變化關(guān)系。調(diào)節(jié)特性

堵轉(zhuǎn)特性是指伺服電動機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與控制電壓的關(guān)系曲線，即Td=f(αe)曲線。7.7.5堵轉(zhuǎn)特性由于Td0

恒定不變，所以堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩

Td∝αe

即交流伺服電動機(jī)堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與有效信號系數(shù)αe近似地成正比，堵轉(zhuǎn)特性Td=f(αe)近似地是一條直線。在應(yīng)用中，經(jīng)常需要用簡明的數(shù)學(xué)式表示系統(tǒng)中各個元件的特性。

7.7.6機(jī)械特性實用表達(dá)式用一個轉(zhuǎn)速n的高次多項式來近似表達(dá)機(jī)械特性曲線T10。對于一般交流伺服電動機(jī)，由于機(jī)械特性接近直線。故取三項已足夠準(zhǔn)確。T10

=Td0

+Bn+An2式中系數(shù)B與A可由下面兩個條件確定：7.8移相方法和控制方式目的：形成相差90°的兩相電源。四種常用的移相方法：利用三相電源的相電壓和線電壓構(gòu)成90°的移相。2.利用三相電源的任意兩相線電壓。3.采用移相網(wǎng)絡(luò)4.在勵磁相中串聯(lián)電容器三相電源如有中點(diǎn)，可取一相電壓如(或經(jīng)過單相變壓器變壓)加到控制繞組上，另外兩相的線電壓如

(也可經(jīng)過單相變壓器變壓)供給勵磁繞組，從圖7-50的相量圖可知，因

，所以和

兩個電壓的相位差為90°。1.利用三相電源的相電壓和線電壓構(gòu)成90°的移相UkUf三相變壓器副邊的相電壓與線電壓具有90°

2.利用三相電源的任意兩相線電壓三相電源三個線電壓的相位互差120°，有時為了方便，直接取任意兩相線電壓使用，若加上系統(tǒng)中其它元件(如自整角機(jī)，伺服放大器等具有移相作用)的相位移，這時加到伺服電動機(jī)定子繞組上的兩個電壓能接近90°的相位差。

3.采用移相網(wǎng)絡(luò)在系統(tǒng)的控制線路中，為了使伺服電動機(jī)的控制電壓與勵磁電壓成90°的相移，往往采用移相網(wǎng)絡(luò)，如圖7-52所示。這時把線路上恒定的單相交流電源作為基準(zhǔn)電壓供給系統(tǒng)中的各個元件(如圖中的自整角機(jī)及交流伺服電動機(jī))，由敏感元件(如自整角變壓器)輸出的偏差信號經(jīng)過電子移相網(wǎng)絡(luò)再輸入到交流放大器中去，這樣通過移相網(wǎng)絡(luò)移相，再加上敏感元件和放大器的相移，在交流放大器輸出端就能得到與系統(tǒng)基準(zhǔn)電壓成90°相移的控制電壓。圖7-52采用電子移相網(wǎng)絡(luò)的伺服系統(tǒng)

輸出相移信號輸出與基準(zhǔn)電壓相位差90°的信號以上幾種移相方法是直接將電源移相或通過移相網(wǎng)絡(luò)使勵磁電壓和控制電壓之間有一固定的90°相移，這些移相方法通稱為電源移相。采用電源移相時，交流伺服電動機(jī)只是通過改變控制電壓的值來控制轉(zhuǎn)速的，而定子繞組上兩電壓的相位差恒定地保持為90°。這種控制方式常稱為幅值控制。

在交流伺服電動機(jī)的勵磁相電路中串聯(lián)(或串、并聯(lián))上一定的電容C，

在放大器之前就不需要再引入電子移相網(wǎng)絡(luò)了。

4.在勵磁相中串聯(lián)電容器

7.10交流伺服電動機(jī)的使用

7.10.1控制繞組與放大器的連接7.10.2電機(jī)的輸入阻抗

7.10.3放大器內(nèi)阻抗對機(jī)械特性的影響

7.10.4單相自轉(zhuǎn)

7.10.6控制電壓中正交分量和高次諧波分量的影響

無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象是控制系統(tǒng)對伺服電動機(jī)的基本要求之一。交流伺服電動機(jī)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象與控制電信號取消時控制相電路的情況及放大器內(nèi)阻抗的值有關(guān)。

控制電信號取消時，控制相繞組可以是斷開，也可以是直接短接，或是通過一定的阻抗(如放大器的輸出阻抗)短接。7.10.4單相自轉(zhuǎn)1.型號說明例如：7.11.2主要技術(shù)數(shù)據(jù)

2.電壓技術(shù)數(shù)據(jù)表中勵磁電壓和控制電壓指的都是額定值。勵磁繞組的額定電壓一般允許變動范圍為±5%左右。電壓太高，電機(jī)會發(fā)熱；電壓太低，電機(jī)的性能將變壞，如堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和輸出功率會明顯下降，加速時間增長等。當(dāng)電機(jī)作為電容伺服電動機(jī)使用時，應(yīng)注意到勵磁繞組兩端電壓會高于電源電壓，而且隨轉(zhuǎn)速升高而增大，其值如果超過額定值太多，會使電機(jī)過熱。控制繞組的額定電壓有時也稱最大控制電壓，在幅值控制條件下加上這個電壓就能得到圓形旋轉(zhuǎn)磁場。

3.頻率目前控制電機(jī)常用的頻率分低頻和中頻兩大類，低頻為50Hz(或60Hz)，中頻為400Hz(或500Hz)。因為頻率越高，渦流損耗越大，所以中頻電機(jī)的鐵心用較薄的(0.2mm以下)硅鋼片疊成，以減少渦流損耗；低頻電機(jī)則用0.35~0.5mm的硅鋼片。低頻電機(jī)不應(yīng)該用中頻電源，中頻電機(jī)也不應(yīng)該用低頻電源，否則電機(jī)性能會變差。在不得已時，低頻電源之間或者中頻電源之間可以互相代替使用，但要隨頻率正比地改變電壓，而保持電流仍為額定值，這樣，電機(jī)發(fā)熱可以基本上不變。例如一臺500Hz、110V的電機(jī)，如果用在400Hz時，那末加到電機(jī)上的電壓就應(yīng)改成110×400/500=88V。不過一般來說，改成代用頻率之后，電機(jī)特性總要略差一些。

4.堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，堵轉(zhuǎn)電流定子兩相繞組加上額定電壓，轉(zhuǎn)速等于0時的輸出轉(zhuǎn)矩，稱為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。這時流經(jīng)勵磁繞組和控制繞組的電流分別稱堵轉(zhuǎn)勵磁電流和堵轉(zhuǎn)控制電流。堵轉(zhuǎn)電流通常是電流的最大值，可作為設(shè)計電源和放大器的依據(jù)。

5.空載轉(zhuǎn)速定子兩相繞組加上額定電壓，電機(jī)不帶任何負(fù)載時的轉(zhuǎn)速稱為空載轉(zhuǎn)速n0?？蛰d轉(zhuǎn)速與電機(jī)的極數(shù)有關(guān)。由于電機(jī)本身阻轉(zhuǎn)矩的影響，空載轉(zhuǎn)速略低于同步速。

6.額定輸出功率電機(jī)處于對稱狀態(tài)時，當(dāng)轉(zhuǎn)速接近空載轉(zhuǎn)速n0的一半時，輸出功率最大。通常就把這點(diǎn)規(guī)定為交流伺服電動