3.2认识伺服电动机(课件）-《电机与电气控制技术》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

任务1 认识步进电动机 任务2 认识伺服电动机 项目3 认识特种电动机 　　了解步进电动机的作用和用途。 　　熟悉步进电动机的结构和工作原理。 　　了解步进电动机的驱动电路及控制方式。 　　了解伺服电动机的特点、用途和分类。 　　了解伺服电动机的基本工作原理和主要运行性能。 　　了解典型伺服控制系统的组成。 学习重点 项目3 认识特种电动机 　　一、交流伺服电机的类型和特点 　　1.异步型交流伺服电动机 　　异步型交流伺服电动机（IM）指的是交流感应电动机。它有三相和单相之分，也有鼠笼式和线绕式，通常多用鼠笼式三相感应电动机。其结构简单，与同容量的直流电动机相比，质量轻1/2，价格仅为直流电动机的1/3。缺点是不能经济地实现范围很广的平滑调速，必须从电网吸收滞后的励磁电流。因而令电网功率因数变坏。 　　这种鼠笼转子的异步型交流伺服电动机简称为异步型交流伺服电动机，用IM表示。 知识链接 任务2 认识伺服电动机 　　2.同步型交流伺服电动机 　　同步型交流伺服电动机（SM）虽比感应电动机复杂，但比直流电动机简单。它的定子与感应电动机一样，都在定子上装有对称三相绕组。而转子却不同，按不同的转子结构又分电磁式及非电磁式两大类。非电磁式又分为磁滞式、永磁式和反应式多种。其中磁滞式和反应式同步电动机存在效率低、功率因数较差、制造容量不大等缺点。数控机床中多用永磁式同步电动机。与电磁式相比，永磁式的优点是结构简单、运行可靠、效率较高；缺点是体积大、启动特性欠佳。 一、交流伺服电机的类型和特点 任务2 认识伺服电动机 　　但永磁式同步电动机采用高剩磁感应，高矫顽力的稀土类磁铁后，可比直流电动外形尺寸约小1/2，质量减轻60%，转子惯量减到直流电动机的1/5。它与异步电动机相比，由于采用了永磁铁励磁，消除了励磁损耗及有关的杂散损耗，所以效率高。又因为没有电磁式同步电动机所需的集电环和电刷等，其机械可靠性与感应（异步）电动机相同，而功率因数却大大高于异步电动机，从而使永磁同步电动机的体积比异步电动机小些。这是因为在低速时，感应（异步）电动机由于功率因数低，输出同样的有功功率时，它的视在功率却要大得多，而电动机主要尺寸是据视在功率而定的。 一、交流伺服电机的类型和特点 任务2 认识伺服电动机 　　目前在数控机床进给驱动中采用的直流电动机主要是20世纪70年代研制成功的大惯量宽调速直流伺服电动机。这种电动机分为电励磁和永久磁铁励磁两种，但占主导地位的是永久磁铁励磁式（永磁式）电动机，本节将主要介绍这种电动机。 　　永磁交流伺服电动机即同步型交流伺服电动机（SM），它是一台机组，由永磁同步电动机，转子位置传感器，速度传感器等组成。 　　1.结构 　　如图所示，永磁同步电动机主要由三部分组成：定子，转子和检测元件（转子位置传感器和测速发电机）。其中定子有齿槽，内有三相绕组，形状与普通感应电动机的定子相同。但其外圆多呈多边行，且无外壳，以利于散热，避免电动机发热对机床精度的影响。 二、永磁交流伺服电动机 任务2 认识伺服电动机 二、永磁交流伺服电动机 任务2 认识伺服电动机 　　2.工作原理 　　如图所示为一个二极永磁转子（也可以是多极），当定子三相绕组通上交流电源后，就产生一个旋转磁场，图中用另一对旋转磁极表示，该旋转磁场将以同步转速ns旋转。由于磁极同性相斥，异性相吸与转子的永磁磁极互相吸引，并带着转子一起旋转，因此，转子也将以同步转速，n，与旋转磁场一起。当转子加上负载转矩之后，转子磁极轴线将落后定子磁场轴线一个θ角，随着负载增加，θ也随之增大；负载减少时，θ角也减少；只要不超过一定限度，转子始终跟着定子的旋转磁场以恒定的同步转速ns旋转。 　　转子速度nr=ns=60f/p，即由电源频率f和磁极对数p决定。 二、永磁交流伺服电动机 任务2 认识伺服电动机 　　当负载超过一定极限后，转子不再按同步转速旋转，甚至可能不转，这就是同步电动机的失步现象，此负载的极限称为最大同步转矩。 二、永磁交流伺服电动机 任务2 认识伺服电动机 　　3.永磁同步伺服电动机的性能 　　（1）交流伺服电动机的机械特性比直流伺服电动机的机械特性要硬，其直线更为接近水平线。另外，断续工作区范围更大，尤其是高速区，这有利于提高电动机的加、减速能力。 　　（2）高可靠性。用电子逆变器取代了直流电动机换向器和电刷，工作寿命由轴承决定。因无换向器及电刷，也省去了此项目的保养和维护。 　　（3）主要损耗在定子绕组与铁芯上，故散热容易，便于安装热保护；而直流电动机损耗主要在转子上，散热困难。 　　（4）转子惯量小，其结构允许高速工作。 　　（5）体积小，质量小。 二、永磁交流伺服电动机 任务2 认识伺服电动机 　　4.交流调速的基本方法 　　由电机学基本原理可知，交流电机的同步转速为