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  • 交流伺服電動(dòng)機自轉現象的避免

    發(fā)布者: admin  時(shí)間:2020/9/9 11:04:02

      交流伺服電動(dòng)機就是兩相異步電動(dòng)機,它的定子上有空間相差90°電角度的兩相分布繞組,一相為勵磁繞組f,一相為控制繞組K,轉子為籠形。電動(dòng)機工作時(shí),勵磁繞組f接單相交流電壓Uf,控制繞組接控制信號電壓UK,Uf與UK兩者同頻率。交流伺服機必須象直流伺服機一樣具有伺服性,即控制信號電壓強時(shí),電動(dòng)機轉速高;控制信號電壓弱時(shí),電動(dòng)機轉速低;若控制信號電壓等于零,電動(dòng)機就應該不轉了。為了滿(mǎn)足信號電壓強時(shí)轉速高、信號電壓弱時(shí)轉速低這一要求,可以讓信號強時(shí)電機氣隙磁通勢接近圓形旋轉磁通勢,弱時(shí)橢圓度大接近脈振磁通勢就行。而對于要求信號電壓消失,即UK=0后,電動(dòng)機不轉必須采用相應技術(shù)措施才能實(shí)現。


      我們知道,單相異步電動(dòng)機定子若只有一相繞組通電時(shí),其機械行性為過(guò)點(diǎn)。

      T=0,n=0)的對稱(chēng)曲線(xiàn),在其正轉電磁轉矩特性曲線(xiàn)T+=f(s),T+=Tm+時(shí)的臨界轉差率sm+<1,T-=f(s)與T+=f(s)對稱(chēng),因此00;而0>n>-n,合成轉矩T<0。如果交流伺服電動(dòng)機的定子繞組與一般單相異步電動(dòng)機的一樣,那么正在運行的交流伺服電動(dòng)機的控制信號電壓一旦變?yōu)榱?,電機就運行于只有勵磁繞組—相通電的情況下,那么電機還必然在原來(lái)的旋轉方向上繼續旋轉,只是轉速略有下降,但絕不可能停下來(lái)。這種信號電壓消失后電動(dòng)機仍然旋轉不停的現象稱(chēng)為自轉,自轉現象破壞了伺服性,顯然是要避免的。那么交流伺服電動(dòng)機怎樣避免單相運行時(shí)的自轉呢? 可以看—下圖1中所示的機械特性,這也是只一相繞組通電時(shí)的機械持性,其正轉電磁轉矩特性曲線(xiàn)T+=f(s),T+=Tm+”時(shí)的臨界轉差率sm+=l,T+=f(s)與T-=f(s)對稱(chēng)。因此電機總的電磁轉矩持性T=f(s)具有這樣的特點(diǎn):①過(guò)零,無(wú)起動(dòng)轉矩;②0n>- n1時(shí),T>o,也是制動(dòng)件轉矩。在這種情況下,本來(lái)運轉的交流伺服機.若控制信號電壓消失后,由于一相繞組通電運行時(shí)的電磁轉矩是制動(dòng)性的,電動(dòng)機轉速將被制動(dòng)到n=0,只要sm+>1,就能避免自轉現象。

      實(shí)際的交流伺服電動(dòng)機,需要正轉磁通勢(或反轉磁通勢)單獨作用時(shí)的sm很大。加大sm的方法是增大轉子回路的電阻r2。因為sm∝r2,所以交流伺服電動(dòng)機轉子電阻相對于一般異步電動(dòng)機來(lái)說(shuō)是很大的。

      設計交流伺服電動(dòng)機時(shí),當勵磁繞組與控制繞組分別為額定值大小時(shí)(對控制繞組來(lái)講,額定電壓指最大的控制電壓),兩繞組產(chǎn)生的磁通勢幅值也一樣大。交流伺服電動(dòng)機運行時(shí),勵磁繞組如果接在額定電壓上,大小、相位都不變,那么改變控制繞組所加的電壓UK的大小和相位,電動(dòng)機氣隙磁通勢則隨著(zhù)信號電壓UK的大小和相位而改變,有可能為圓形旋轉磁通勢,有可能為不同橢圓度的橢圓旋轉磁通勢,也有可能為脈振磁通勢。而由于氣隙磁通勢的不同,電動(dòng)機機械特性也相應改變,那么拖動(dòng)著(zhù)負載運行的交流伺服電動(dòng)機的轉速n也就隨之變化了。這就是交流伺服電動(dòng)機利用控制信號電壓UK的大小和相位的變化,控制轉速隨之變化的道理。


      改變UK的大小與相位即實(shí)現對交流伺服電動(dòng)機的控制,控制方法主要有三種:幅值控制、相位控制和幅值—相位控制。

      1.幅值理制

      由加在控制繞組上信號電壓的幅值大小來(lái)控制交流伺服電動(dòng)機轉速,這種控制方式稱(chēng)為幅值控制。

      幅值控制接線(xiàn)如圖2所示。勵磁繞組f直接接交流電源。電壓大小為額定值??刂评@組所加的電壓為UK,其相位與勵磁繞組電壓相差90°,如落后90°,UK大小可以改變。UK的大小為UK=αUKn,UKn為控制繞組額定電壓, α稱(chēng)為有效信號系數,α最大值為1。若以

      UKn為基恒,控制信號電壓UK 的標么值是α,即: UK /UKn= UK=α

      

      (a)控制接線(xiàn)圖 (b) Ff最大瞬間

      若有效信號系數α≠1,控制繞組磁通勢幅值與勵磁繞組磁通勢幅值不一樣大,而兩繞組空間相差90°電角度,所加電壓及所通電流時(shí)間相差90。電角度,電機總的氣隙合成磁通勢為橢圓形旋轉磁通勢,空間磁通勢向量圖如圖2 (b)所示。該圖中Ff+與Ff-為勵磁繞組脈振磁通勢Ff分解成的兩個(gè)正、反旋轉磁通勢;FK+與FK-為控制繞組脈振磁通勢FK分解成的兩個(gè)正、反旋轉磁通勢;電機內正轉磁通勢為F+=Ff++FK+,反轉磁通勢F-=Ff-+FK-,這是最一般的情況。當α=1時(shí),Ff=FK,F+=2 Ff+,F-=0。氣隙磁通勢F=F+,為圓磁通勢;當α=0時(shí),FK=0,氣隙磁通勢F=Ff+為脈振磁通,F+=F-=Ff/2;而0<α<1時(shí),氣隙中F+=Ff++FK+,F-=Ff-+FK-,為橢圓磁通勢。α值越小,橢圓度越大,越接近脈振磁通勢。

      采用分析單相異步電動(dòng)機兩相繞組通電時(shí)的同樣方法,正轉磁通勢與反轉磁通勢分別產(chǎn)生電磁轉矩T+與T-,總的電磁轉矩T=T++T-。最后可以得出有效信號系數α為不同值時(shí)相應的機械待性,如圖3(a)所示。該圖中,電磁轉矩與轉 速都采用標么值,轉

      矩的基值是α=1圓形磁通勢時(shí)電機的起動(dòng)轉矩,轉速的基值是同步轉速n1。機械特性不是直線(xiàn)。從圖1-35所示的機械特性看出,有效信號系 數α=1時(shí),氣隙磁通勢為圓磁通勢,F-=0,T-=0,在一定的轉速下電磁轉矩T=T+最大。α<1時(shí),正轉磁通勢F+減小,T+減小反轉磁通勢F-出現,T-≠0,在一定轉速下電磁轉矩T= T++ T-,比α=1時(shí)小。而α=0,正轉磁通勢F+與反轉磁通勢F-大小相等,機械特性T=f(s)如圖1=33所示。在圖l-35(a)中則過(guò)原點(diǎn)不在第Ⅰ象限內。同時(shí)還可以看出,α=1時(shí),理想空載轉速為同步轉速n0;而α<1時(shí),由于T-存在,使得理想空載轉速小于n0,道理與單相異步電動(dòng)機相同。α越小,理想空載轉速越低。機械特性中,在0<α<1整個(gè)范圍內,起動(dòng)轉矩的標么值TS=α。

      交流伺服電動(dòng)機幅值控制時(shí)的調節特性也可以從機械特性得到的,如圖3(b)所示。幅值控制時(shí)調節特性也不是直線(xiàn),只在n較小時(shí)近似為直線(xiàn)。為了盡量使交流伺服電動(dòng)機調節特性用在n較小的區域,以保證伺服系統的動(dòng)態(tài)誤差較小,許多交流伺服電動(dòng)機采用頻率為400Hz的交流電源,提高它的同步轉速n0。與直流伺服電動(dòng)機相似,調節特性與橫抽交點(diǎn)的有效信號系數α的值為始動(dòng)電壓的標么值,轉矩大時(shí),始動(dòng)電壓高,始動(dòng)電壓與轉矩二者標么值的數值相等。

      (a)機械特性 (b) 調節特性


      交流伺服電動(dòng)機輸出功率P2=T2Ω≈TΩ,在一定的控制信號電壓下,若轉速很低,由于Ω很小,輸出功率P2也很小;若轉速接近于理想空載轉速時(shí),由于T很小,輸出功率也很小。α越大,輸出的功率也越大。交流伺服電動(dòng)機的額定功率通常規定為當α=1時(shí)的最大輸出功率,此時(shí)相應的轉速則為額定轉速,相應的輸出轉矩則為額定轉矩,與一般電動(dòng)機的規定方法是不一樣的。

      2.相位控制

      由加在控制繞組上的信號電壓的相位來(lái)控制交流伺服電動(dòng)機轉速的控制方式稱(chēng)為相位控制。相位控制接線(xiàn)如圖4所示。勵磁繞組接在交流電源上,大小為額定電壓,控制繞組所加信號電壓的大小為額定值,但是相位可以改變。Uf與Uk是同頻率的,二者相位差為β,β=0~90°,例如Uk落后于Uf。這樣sinβ=0~ 1,sinβ稱(chēng)為相位控制的信號系數。

      

      3.幅值-相位控制

      交流伺服電動(dòng)機幅值-相位控制接線(xiàn)如圖5所示。勵磁繞組外邊串電容器后再接交流電源,控制電壓為Uk,Uk與電源電壓同頻率、同相位.大小可以改變。


      相位控制、幅值-相位控制的交流伺服電動(dòng)機的控制信號變化時(shí),電機內合成磁通勢的性質(zhì)或橢圓度也隨之改變,從而具有不同的機械特性,使電機具有伺服性。這兩種控制方法的機械特性和調節特性與幅值控制的相似,為非線(xiàn)性,在轉速標么值較小時(shí)線(xiàn)性好。由于幅值-相位控制線(xiàn)路簡(jiǎn)單,輸出功率較大,采用較多。



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