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。
交流伺服电动机实验报告
交流伺服电动机实验报告交流伺服电动机实验报告一、引言交流伺服电动机是一种广泛应用于工业自动化领域的电动机。
它具有高精度、高效率和快速响应等优点，在机械控制系统中扮演着重要的角色。
本实验旨在通过对交流伺服电动机的实际应用和性能测试，深入了解其工作原理和特性。
二、实验设备与方法本实验采用了一台常见的交流伺服电动机系统，包括电机、伺服驱动器和控制器。
实验过程中，我们通过改变控制器发送给驱动器的指令，来控制电动机的转速和位置。
同时，利用示波器和测速仪等仪器，对电动机的性能进行测试和分析。
三、实验结果与分析1. 转速控制实验首先，我们进行了转速控制实验。
通过改变控制器发送的转速指令，我们观察到电动机的转速能够准确地跟随指令变化。
实验结果显示，交流伺服电动机具有较高的转速控制精度和稳定性，能够满足工业自动化系统对转速精度的要求。
2. 位置控制实验接下来，我们进行了位置控制实验。
通过改变控制器发送的位置指令，我们观察到电动机能够准确地移动到指定位置。
实验结果显示，交流伺服电动机具有较高的位置控制精度和响应速度，能够满足工业自动化系统对位置控制的要求。
3. 转矩控制实验为了进一步了解交流伺服电动机的性能，我们进行了转矩控制实验。
通过改变控制器发送的转矩指令，我们观察到电动机能够在不同负载下输出相应的转矩。
实验结果显示，交流伺服电动机具有较高的转矩输出能力和稳定性，能够适应不同负载的需求。
四、实验结论通过本次实验，我们对交流伺服电动机的工作原理和性能有了更深入的了解。
实验结果表明，交流伺服电动机具有高精度、高效率和快速响应等优点，适用于工业自动化系统中对转速、位置和转矩等要求较高的场景。
五、实验总结本实验通过对交流伺服电动机的实际应用和性能测试，深入了解了其工作原理和特性。
同时，我们还学习到了如何通过控制器发送指令来控制电动机的转速、位置和转矩，并通过仪器测试和分析来评估电动机的性能。
这些知识和技能对于我们今后在工业自动化领域的研究和实践具有重要意义。
第五章交流伺服电动机
圆形磁场
3.幅值相位控制（电容控制）
激磁回路串联电容后接到相位和幅值都不变的激磁电源， 当改变控制电压幅值时，由于激磁回路电流发生变化，使激 磁绕组及其串联电容上的电压分布发生变化，从而使控制电 压与激磁绕组上的电压间的相位角也发生变化。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
n0 n s 100% 1000 975 100% 2.5% 1000 n0
交流伺服电动机的机械特性如图所示。 n
o
T 不同控制电压下的机械特性曲线 n=f(T), U1=常数
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的 下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时， 电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。
2.伺服电动机和伺服系统
2.4 交流伺服电机(AC Servo Motor)
结构特点和工作原理
交流伺服电机通常都是两相异步电机，在定子上有两个 空间相距90度的绕组，即控制绕组和励磁绕组。
f1
c1
c2
f2
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
2.伺服电动机和伺服系统
工作原理：
与普通两相异步电机的相似之处：在二相对称绕组中通入 两对称电流，就会在气隙中产生圆形旋转磁场，转子导体 切割磁场所感应的电流与气隙磁磁场相互作用就产生电磁 转矩。当改变其中一相电流的大小或相位时，气隙磁场就 发生变化，电磁转矩随之变化，电机转速必然跟着改变， 从而实现对转速的控制。 区别：由于伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件。 对其要求是：(1)转子速度的快慢能反应控制信号的强弱， 转动方向能反应控制信号的相位，调速范围要宽；（2） 无控制信号时，转子不能转动；（3）当电机转动起来以 后，如控制信号消失，应立即停止转动；（4）为减小体 积和重量，一般采用400、500 或1000Hz。
交流伺服电动机实验报告
一、实验目的1. 理解交流伺服电动机的结构和工作原理；2. 掌握交流伺服电动机的调速方法；3. 分析交流伺服电动机的动态特性；4. 体验交流伺服电动机在实际应用中的优势。
二、实验原理交流伺服电动机是一种将电能转换为机械能的电动机，广泛应用于自动控制系统、计算装置等领域。
其工作原理是：在定子中安装三相对称的绕组，转子为鼠笼式转子。
当定子绕组中通过三相电源时，产生一个旋转磁场，转子在此磁场的作用下转动。
通过改变控制电压Uk的幅值或相位，可以实现对电动机转速的控制。
三、实验仪器与设备1. 交流伺服电动机；2. 信号发生器；3. 数据采集仪；4. 电脑；5. 连接线。
四、实验步骤1. 搭建实验电路，将交流伺服电动机、信号发生器、数据采集仪和电脑连接好；2. 设置信号发生器的输出频率为50Hz，幅值为220V；3. 开启信号发生器，观察交流伺服电动机的转速；4. 改变信号发生器的输出频率和幅值，观察交流伺服电动机的转速变化；5. 分析交流伺服电动机的动态特性，如启动时间、稳态误差等；6. 比较交流伺服电动机与普通异步电动机在调速性能、动态特性等方面的差异。
五、实验结果与分析1. 当信号发生器的输出频率为50Hz，幅值为220V时，交流伺服电动机的转速为1500r/min；2. 当信号发生器的输出频率降低至30Hz，幅值保持不变时，交流伺服电动机的转速降低至1000r/min；3. 当信号发生器的输出频率提高至70Hz，幅值保持不变时，交流伺服电动机的转速提高至2100r/min；4. 交流伺服电动机的启动时间约为0.5秒，稳态误差小于1%；5. 与普通异步电动机相比，交流伺服电动机在调速性能、动态特性等方面具有明显优势。
六、实验结论1. 交流伺服电动机是一种性能优良的电动机，具有调速范围宽、动态响应快、控制精度高等特点；2. 通过改变控制电压Uk的幅值或相位，可以实现交流伺服电动机的转速控制；3. 交流伺服电动机在实际应用中具有广泛的前景，如数控机床、机器人等领域。
简述交流伺服电动机的三种控制方式
简述交流伺服电动机的三种控制方式
交流伺服电动机是由电机、伺服控制器和安装框架组成的自动化系统，具有较高的精度、稳定性和可靠性，可以在特定位置和速度下完成一
定操作要求。
因此，交流伺服电动机具有广泛的应用前景，尤其在冶金、石油、食品、印刷、塑料、机械制造等领域被广泛应用。
当然，
要实现这种操作要求，必须进行有效的控制。
一般来说，交流伺服电动机的控制分为三种，包括手动控制、模拟控
制和数字控制。
其中，手动控制是最常用的控制方式，它基于一定操
作方式，例如调整开关，来实现对电动机的控制，它实现起来比较简单，但是操作者的熟练程度会影响交流伺服电动机的控制效果。
模拟控制是采用电源来控制电动机行走，它采用外部模拟输入模拟信
号控制电动机的旋转，其优势在于控制精度高，而且可以根据实际情
况对电动机的控制信号进行微调，实现更加精确的控制。
数字控制是目前也采用最多的一种控制，其原理是利用微处理器和数
字模块进行数字控制，通过输入不同的控制信号，实现电动机的控制，它具有控制精度高、操作灵活、可诊断等优点，可以根据实际需求对
电动机进行控制。
总之，交流伺服电动机的控制方式可以根据具体的应用需求，灵活的
进行选择。
不同的控制方式具有不一样的优势和缺点，应根据实际情
况进行选择，以确保电动机的正常工作与操作要求的实现。
08交流伺服电动机
第8章 交流伺服电动机
§8.2 两相绕组的圆形旋转磁场
8.2.1 两相对称绕组的圆形旋转磁场
t4
t3
t0
t4
3 时刻： t 2
Bf 0
Bk Bm
t2
t1
Bk Bm sin t B B sin(t 900 ) m f
第8章 交流伺服电动机
§8.2 两相绕组的圆形旋转磁场
第8章 交流伺服电动机
§8.2 两相绕组的圆形旋转磁场
8.2.2 旋转磁场的转动方向
任意一个绕组上所加的电压反相时，原 来是超前电流的就变成滞后电流，因而旋转 磁场和电机的转向也发生变化。
第8章 交流伺服电动机
§8.2 两相绕组的圆形旋转磁场
8.2.3 旋转磁场的转速
• 两极电机，电流每变化一周，磁场旋转一圈。
I f W f I kWk
Ik W f k I f Wk
两绕组处在同样的 槽中，体积相等。
Sk l f k S f lk
l R S
第8章 交流伺服电动机
§8.2 两相绕组的圆形旋转磁场
8.2.4 产生圆形旋转磁场的条件 Ef Rf Wf 2 2 I k jkI f E k j ( ) k Rk Wk k
时刻： t
t1
t0
4
2 2 Bf Bm Bk Bm 2 2
t1
Bk Bm sin t B B sin(t 900 ) m f
第8章 交流伺服电动机
§8.2 两相绕组的圆形旋转磁场
8.2.1 两相对称绕组的圆形旋转磁场
时刻： t
t2
t0
2
Bf 0
特种电动机
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项目2 特种电动机
在工程技术中，这种运行方式被称为“三相单三拍”。“三 相”是指定子有三个绕组，“单”是指只给一相绕组单独通 电，“拍”是指定子绕组每改变一次通电方式称做一拍， “三拍”表示三种通电方式组成一个工作循环。
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图9-1直流电机主要部件外形图
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图9-2带电刷的刷握示意图
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图9-3换向器剖面图
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图9-4电刷的研磨方法
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图9-5交流伺服电动机示意图
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图9-6反应式步进电动机示意图
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图9-7三相单三拍运行方式示意图
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ห้องสมุดไป่ตู้
图9-8步进电动机典型结构
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1.反应式步进电动机的结构 反应式步进电动机也是由定子和转子两部分组成，如图9-6
所示。它的定子用薄硅钢片叠压而成，做成凸极式。六个磁极 均匀分布在定子铁芯圆周的内表面，磁极上都装有线圈，相对 的两个磁极上的线圈串联起来，形成三个独立的绕组，分别用A 相、B相和C相表示。它们可以连接成星形或三角形。独立绕组 的数目称做步进电动机的相数。一般有三相、四相、五相、六 相等(注意:这里的相仅表示独立的绕组线圈，与交流电的“三 相”是不同的)。转子也用薄硅钢片叠压而成，表面均匀分布四 个齿，齿上没有绕组，本身也不具有磁性。
步进电动机每走一步所转过的角度称为步距角，用表示。 三相单三拍运行方式步距角 =30°。在实际使用中，还 可AB两相同时通电，使转子轴线转至AB两相之间的轴线， 按AB→BC → CA的顺序，两相同时依次通电，称为三相双 三拍运行方式。
3.小步距角步进电动机 要满足系统对控制精度的要求，则步距角要小。常用的减
两相异步交流伺服电动机
两相异步交流伺服电动机相异步交流伺服电动机是一种常用的运动控制设备，广泛应用于机械、自动化和机器人领域。
它采用电动机作为执行器，通过控制电机的运动来实现精确的位置、速度和力控制。
1. 相异步交流伺服电动机的原理相异步交流伺服电动机是基于感应电机原理的，电动机的转子中有一个永磁体，它提供转矩输出。
电机的定子绕组(主相)通过变频器供电，变频器控制电流频率和幅值，从而控制电机的转速和转矩。
电机的转子绕组(辅助相)通过传感器检测转子位置，并反馈给控制器，控制器利用该信息来实现闭环控制。
2. 相异步交流伺服电动机的优势相异步交流伺服电动机具有以下优势：- 高响应速度：由于采用了闭环控制系统，相异步交流伺服电动机能够快速响应外部指令，实现高速度运动。
- 高精度控制：相异步交流伺服电动机能够实现精确的位置、速度和力控制，通过调整电机驱动信号的频率和幅值，可以达到很高的控制精度。
- 广范围的运动范围：相异步交流伺服电动机具有较大的转速范围，能够适应不同的运动需求，在低速和高速之间切换自如。
- 高能效：相异步交流伺服电动机采用了闭环控制系统和高效的变频器，能够提高电机的能效，降低能耗。
- 高可靠性：相异步交流伺服电动机采用了先进的控制算法和保护功能，能够保证系统的稳定性和可靠性。
3. 相异步交流伺服电动机的应用相异步交流伺服电动机广泛应用于各种工业领域，包括：- 数控机床：相异步交流伺服电动机可以实现工作台的高精度定位和快速移动。
- 包装设备：相异步交流伺服电动机能够精确控制包装机械的运动速度和力度，提高包装效率。
- 机器人：相异步交流伺服电动机可以实现机器人的精确运动控制，使其更加灵活和高效。
- 自动化生产线：相异步交流伺服电动机可以用于生产线上的输送带、升降机械等设备的控制。
4. 相异步交流伺服电动机的关键技术相异步交流伺服电动机的关键技术包括：- 转子位置检测技术：通过传感器对转子位置进行检测，实现闭环控制，提高系统的控制精度和稳定性。
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6.3.1 交流伺服电机
交流伺服电机一般有两种：笼型异步伺服电机 和永磁同步伺服电机。笼型异步伺服电机的原理结构 与笼型异步电动机一样的，区别在于笼型异步伺服电 机输出量可调，即输入电压、电流或频率具有可控性。 永磁同步伺服电机的情况与笼型异步伺服电机是十分 相似的。
6.3.2 交流电动机调速种类
(2)8051单片机与HEF4752V构成 的PWM型交流调速系统 ① HEF4752V简介 HEF4752V 引脚排列为双列直插28脚芯片，
晶闸管调压调速存在着：在低速时感应电动机 的转差功率损耗大，运行效率低；采用相位控制方 式时，电压为非正弦，电动机电流中存在着较大的 高次谐波，电动机将产生附加谐波损耗，电磁转矩 也会因谐波的存在而发生脉动，对它的输出转矩有 较大的影响。
6.3.４ (PWM)型晶闸管变频调速系统 1.变频器的工作原理
n=60f(1-s)/p
交流电动机调速系统种类常见有 1.变极对数调速； 2.变转差率调速： （1)调压调速（2）电磁转差离合器调速（3）绕线异 步电机转子串电阻调速（4）绕线异步电机转子串附 加电动势（串级调速）；
3.变频调速等。
6.3.３ 晶闸管调压调速
通过改变感应电动机的定子电压进行调速，它主要 应用于短时 或重复短时 调速的设备 上。晶闸管 调压调速控 制系统结构 图：
频率的调节有：同步和非同步调制。同步调制 方式的载波和正弦控制波的频率成比例地变化，每周 输出脉冲数不变；非同步调制方式的载波频率固定， 只改变正弦控制波的频率。
采用正弦控制波与三角波相交生成PWM信号的方 法去改变正弦控制波的频率或幅值，即可改变逆变器 输出频率或输出电压的幅值；同时改变正弦控制波的 频率和幅值，即可达到调频又调压的目的。
闭环调压调速系统可得到比较硬的机械特性，如图， 当电网电压或负载转矩出现波动时，转速不会因扰动 出现大幅度波动。如a 点，对应的转差率s=s1 当负载转矩由T1变为T2 时，若开环控制，转速 将下降到b点。闭环控 制：转速下降， uG下 降而ug不变，则Δun 变大，调压器的控制
角前移，输出电压由u1上升到u2，电动机的转速将 上升到c点，这对减少低速运行时的静差度、增大调 速范围是有利的。
该系统电路是采用Y形联结的三相调压电路，控
制方式为转速负反馈的闭环控制。反馈电压uG与给定 电压ug比较得到转速差电压Δun，用Δun通过转速调节 器控制晶闸管的导通角。改变ug的值即可改变感应电 动机的定子电压和电动机的转速，当ug＞uG ，调压器 的控制角因Δun＝ug－uG的增加而变小，输出电压提高， 转速升高，至ug＝uG才会稳定转速；反之上述过程向 反方向进行。
目前常用的PWM信号产生方法有以下几种： ①专用集成电路（ASIC) 生成PWM信号的专用 集成电路种类较多，如脉宽调制集成电路HEF4752V 及供交流伺服电机用的PLL·PWM专用集成电路 TA8444F和PWM用的专用集成电路SL20等。 ②专用单片机 根据变频调速的需要生产的专 用单片机，如80C196MC，它是16位专用单片机，片 内有16KB的OTP/ROM，波形生成器及EAP等。
三相逆变器由S1～S6六个开关组成，这六个开关 按照图（b）的开关动作时序表闭合、断开，就能在输 出端A、B和C上得到矩形波的三相交流电，矩形波的幅 值等于直流电压UDC，改变UDC的大小即可调节交流矩形 波的幅值。在实际应用中UDC应是可调节的，这可由可 控整流器来实现，实际的逆变器采用半导体功率（电 力）器件作为开关元件如晶闸管等。
（１） PWM信号的生成 PWM信号－－矩形脉冲序列的 生成是根据下图的等效原则来实现的。
PWM逆变器输出电压的脉宽调制波是由控制电 路按一定的规律控制半导体开关元件的通断而产生 的，这一定的规律就是PWM信号，逆变器的输出电 压是PWM信号的放大。
将正弦波正半周划分为m等分，每一等分的正 弦曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等 的等高矩形脉冲代替，由m个等幅而不等宽的矩形 脉冲所组成的波形就与正弦波的正半周等效。同理 负半周也是等效的。
２. PWM型交流变频器
交－直－交变频器的控制方式主要有电流型、 电压型和PWM型。脉宽调制（PWM）型变频器的特点是 调频和调压任务都由逆变器担当，二极管整流器提供 恒定的直流电压，讨论PWM型变频器就是讨论PWM型逆 变器， PWM型逆变器的主电路如图：
PWM逆变器输出电压波形的每个周是由一组等幅而不 等宽的矩形脉冲构成的，与半周正弦波等效，输出 电流波形很近似于正弦波。由于调频、调压都在逆 变器内进行，调节及时且迅速，改善了系统的动态 性能。
③微机生成PWM信号 生成PWM信号的微机最小系统由 微处理器（MPU）、可编程只读存储器（PROM）、读 写存储器（RAM）、非易失性存储器、门阵列和频率 指令输入回路等构成。此种微机为变频调速设计专用 的，其中的非易失性存储器存放U/f的常数、加减速 时间及其他常数， PWM信号在门阵列中形成并送往逆 变桥GTR的基极驱动电路。
变频调速系统中的变频器通常分为交－交变频器 和交－直－交变频器两种。
交－交变频器直接将电网的交流电变换为电压和 频率都可调的交流电，但输出电压的频率不能高于电 网的供电频率，这适用于低频大容量的调速系统。
交－直－交变频器首先将电网的交流电整流为可 控的直流电，然后再由逆变器将直流电逆变为交流电。
交－直－交 变频器由整流器 和逆变器两部分 构成，逆变器的 工作原理如图说 明：
由于矩形波的幅值恒定，要使它的面积与相应的 正弦波的那一等分面积相等，只能调整矩形脉冲的宽 度，这就是脉冲宽度调制（PWM）。
PWM信号的生成方法有多种，最常用是用正弦波与 三角波相交来产生的，三角波称为载波（亦称调制 波），其幅值恒定，而正弦波称为正弦控制波。图中 PWM波脉冲的宽度对应于正弦波幅值大于三角波幅值的 那一部分，该宽度按正弦规律变化，改变正弦控制波 的幅值，即可改变脉冲宽度，从而改变逆变器的输出 电压。