控制电机(第四版)第7章 异步型交流伺服电动机

交流伺服电动机解析，交流伺服电动机的基本类型、控制方式及其特点交流伺服电动机，是将电能转变为机械能的一种机器。

交流伺服电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。

电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。

交流伺服电动机主要由定子部分和转子部分组成，其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同，在定子铁心中也安放着空间互成90度电角度的两相绕组（其中一组为激磁绕组，另一组为控制绕组）。

交流伺服电动机控制精度高，矩频特性好，具有过载能力，多应用于物料计量，横封装置和定长裁切机上。

交流伺服电动机的基本类型与普通交流电动机类似，交流伺服电动机也分为异步和同步两种。

两相交流伺服电动机原理上就是一台两相异步电动机。

它的定子上正交放置两相绕组，这两相绕组一个叫励磁绕组，另一相为控制绕组。

转子一般有两种结构形式，一种是笼型转子，这种转子的结构与普通笼型感应电动机的转子相同；另一种是非磁性空心杯转子，其结构如图所示。

笼型转子与空心杯转子比较。

前者输出力矩大、结构简单、励磁电流小、效率高，唯一不足是转子转动惯量大，因而动态响应不如空心杯转子快。

空心杯转子具有惯性小，反应灵敏，调速范围大、但这种电动机的励磁电流较大，因而功率因素和效率较低。

运行时，励磁绕组一般施加固定单相交流电压，通过对控制绕组的控制电压进行必要的控制来实现对转速的调节。

同时应注意，在相位上是不同的。

交流伺服电动机的控制方式交流伺服电动机的控制方式有三种：（1）幅值控制幅值控制通过改变控制电压Uc的大小来控制电机转速，此时控制电压Uc与励磁电压Uf之间的相位差始终保持90°电角度。

控制绕组为额定电压时所产生的气隙磁通势为圆形旋转磁通势，产生的电磁转距最大。

（2）相位控制通过改变控制电压Uc与励磁电压Uf之间的相位差来实现对电机转速和转向的控制，而控制电压的幅值保持不变。

Uc相位通过移相器可以改变，从而改变两者之间的相位差，（3）幅值相位控制励磁绕组串接电容c后再接到交流电源上，控制电压Uc与电源同相位，但幅值可以调节，当Uc的幅值可以改变时，转子绕组的耦合作用，使励磁绕组的电流If也变化，从而使励磁绕组上的电压Uf及电容上的电压uc也跟随改变，Uc与Uf的相位差？也随之改变，即改变Uc的大小，Uc与Uf的相位差也随之改变，从而改变电机的转速。

伺服电动机伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件。

它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出，改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。

根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。

直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1～600瓦，有的甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为0.1～100瓦。

6.1.1 直流伺服电动机直流伺服电动机实际上就是他励直流电动机，其结构和原理与普通的他励直流电动机相同，只不过直流伺服电动机输出功率较小而已。

当直流伺服电动机励磁绕组和电枢绕组都通过电流时，直流电动机转动起来，当其中的一个绕组断电时，电动机立即停转，故输入的控制信号，既可加到励磁绕组上，也可加到电枢绕组上：若把控制信号加到电枢绕组上，通过改变控制信号的大小和极性来控制转子转速的大小和方向，这种方式叫电枢控制；若把控制信号加到励磁绕组上进行控制，这种方式叫磁场控制。

磁场控制有严重的缺点（调节持性在某一范围不是单值函数，每个转速对应两个控制信号），使用的场合很少。

直流伺服电动机进行电枢控制时，电枢绕组即为控制绕组，控制电压直接加到电枢绕组上进行控制。

而励磁方式则有两种：一种用励磁绕组通过直流电流进行励磁，称为电磁式直流伺图7.1 直流伺服电动机电枢控制线路图服电动机；另一种使用永久磁铁作磁极，省去励磁绕组，称为永磁式直流伺服电动机。

直流伺服电动机进行电枢控制的线路如图7.1所示，励磁绕组接到电压恒定为的直流电源上，产生励磁电流，从而产生励磁磁通，电枢绕组接控制电压，那么直流伺服电动机电枢回路的电压平衡方式为若不计电枢反应的影响，电机的每极气隙磁通将保持不变，则电动机的电磁转矩公式为1. 机械特性由上面三式可得到电枢控制的直流伺服电动机的机械特性方程式为错误！（7.1）改变控制电压，而机械特性的斜率不变，故其机械特性是一组平行的直线，如图7.2所示。

交流异步伺服电机工作原理
异步伺服电机是一种常用于工业自动化和控制系统的电机类型，通常用于执行精确的位置和速度控制。

相对于同步伺服电机，异步伺服电机更具成本效益，因为它们不要求精确的电源频率同步。

以下是异步伺服电机的工作原理的简要概述：
1. 电机结构：异步伺服电机通常是交流感应电机，由转子和定子组成。

定子绕组通过电源供电，产生旋转磁场。

转子通过感应作用与这个旋转磁场发生相对运动。

2. 感应原理：异步伺服电机的工作基于感应原理。

当定子上通以交流电时，会产生旋转磁场。

这个旋转磁场会感应在转子中产生电动势，导致转子发生旋转。

3. 转子滑差：异步伺服电机的转子不会与定子的旋转磁场同步运动，存在一个滑差。

滑差是转子相对于旋转磁场的速度差异，通常以百分比表示。

4. 控制方法：为了实现位置和速度控制，异步伺服电机通常与电子控制系统结合使用。

闭环反馈系统通过测量电机的实际状态（例如速度或位置）并将其与期望状态进行比较，然后调整电机输入以实现控制。

5. 编码器反馈：为了提高控制的精度，异步伺服电机通常与编码器或其他位置传感器配合使用，以提供实时的位置反馈。

这样，控制系统可以更准确地调整电机输入，以使实际位置与期望位置保持一致。

6. 矢量控制：异步伺服电机通常使用矢量控制技术，通过调整电机的电流和相位，使其旋转磁场与转子的运动相匹配，从而实现更高的性能和效率。

总的来说，异步伺服电机通过利用交流感应原理，结合闭环控制系统和反馈装置，能够在工业应用中实现高效、准确的位置和速度控制。

异步伺服电机1. 简介异步伺服电机（Asyncrhonous Servo Motor）是一种具有伺服控制功能的电动机，通常用于精确控制旋转运动。

与传统的直流伺服电机相比，异步伺服电机具有体积小、功率大、响应速度快等优点，因此在工业自动化控制、机器人领域广泛应用。

2. 原理异步伺服电机的运动控制主要依靠交流电源和电磁感应原理。

它采用了非同步运转的方式，即转子的转速与电源频率不同步。

在电机内部，通过绕在定子上的三相绕组和转子内的永磁体之间的电磁感应作用，将电力转化为机械能，驱动电机转动。

伺服控制是通过对电机施加适当的电流和电压信号，控制电机的角度和转速，实现精确的运动控制。

通常使用PID控制算法来实现伺服控制，根据电机转子的实际位置和目标位置之间的误差，调整电机输入信号，使得误差逐渐减小，最终收敛于目标位置。

3. 应用异步伺服电机在很多领域都有广泛的应用，下面列举一些常见的应用场景：3.1 工业自动化在工业自动化控制系统中，异步伺服电机被广泛用于各种机械设备的驱动，包括输送带、机床、印刷机等。

异步伺服电机的快速响应和高精度位置控制能力，使其能够满足工业自动化对精确控制的要求。

对于一些重要的生产设备，还可以通过网络连接将多个异步伺服电机组成一个分布式控制系统，实现统一的远程控制和监测。

3.2 机器人控制在机器人应用中，异步伺服电机作为机器人关节的驱动器官，能够实现机器人高速、高精度的运动控制。

通过对多个关节的协调控制，可以实现各种复杂的运动轨迹和动作。

异步伺服电机同时也被用于机器人末端执行器的驱动，例如夹爪、吸盘等。

通过对末端执行器的力矩和位置进行精确控制，实现对物体的抓取和操纵。

3.3 医疗器械在医疗器械中，异步伺服电机被广泛应用于手术机器人、康复设备等。

手术机器人需要进行高精度的手术操作，异步伺服电机能够提供精确的运动控制，保证手术器械的精确定位和移动。

随着人口老龄化的程度不断加深，康复设备也越来越受到重视。