交流电动机驱动及其控制
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。
电动车驱动电机及其控制技术综述
电动车驱动电机及其控制技术综述摘要：简述了电动车驱动系统及特点，在此基础上全面分析并比较了电动车要紧电气驱动系统，着重介绍了一种深埋式永磁同步电动机及其操纵系统，最后简要概述了电动车电气驱动系统的进展方向。
1 概述电动车是一种安全、经济、清洁的绿色交通工具，不仅在能源、环境方面有其特殊的优越性与竞争力，而且能够更方便地使用现代操纵技术实现其机电一体化的目标，因而具有广阔的进展前景。
现有电动车大致能够分为下列几个要紧部分：蓄电池、电池管理、充电系统、驱动系统、整车管理系统及车体等。
驱动系统为电动车提供所需的动力，负责将电能转换成机械能。
不管何种电动车的驱动系统，均具有基本相同的结构，都能够分成能源供给子系统、电气驱动子系统、机械传动子系统三部分，其中电气驱动子系统是电动车的心脏，要紧包含电动机、功率电子元器件及操纵部分。
如图1所示。
其中，电动车驱动系统均具有相同或者相似的功能模块，如图2所示。
2 电动车电气驱动系统比较电动机的类型对电气驱动系统与电动车整体性能影响非常大，评价电动车的电气驱动系统实质上要紧就是对不一致电动机及其操纵方式进行比较与分析。
目前正在应用或者开发的电动车电动机要紧有直流电动机、感应电动机、永磁无刷电动机、开关磁阻电动机四类。
由这四类电动机所构成的驱动系统，其总体比较如下表所示。
电动车电气驱动系统用电动机比较表下面分别对这几种电气驱动系统进行较为全面地分析与阐述。
2.1 直流驱动系统直流电动机结构简单，具有优良的电磁转矩操纵特性，因此直到20世纪80年代中期，它仍是国内外的要紧研发对象。
而且，目前国内用于电动车的绝大多数是直流驱动系统。
但普通直流电动机的机械换向结构易产生电火花，不宜在多尘、潮湿、易燃易爆环境中使用，其换向器保护困难，很难向大容量、高速度进展。
此外，电火花产生的电磁干扰，对高度电子化的电动汽车来说将是致命的。
此外，直流电动机价格高、体积与重量大。
随着操纵理论与电力电子技术的进展，直流驱动系统与其它驱动系统相比，已大大处于劣势。
石油钻井中交流变频电动机及其控制系统的应用
石油钻井中交流变频电动机及其控制系统的应用摘要：随着中国对石油能源需求的增加，石油开采的环境变得越来越复杂，增加了石油开采的难度。
在石油开采过程中，交流变频电机的应用可以使石油开采更加简单高效，因此有必要加强对交流变频电机的分析。
关键词：石油钻机；交流变频电机；控制设备；被广泛应用于现代工业的交流变频电机，拥有无法被替代的优势，以该电机为研究对象，以石油钻机为切入点，围绕电机和控制系统的应用，展开了系统而深入的分析，内容涉及交流变频电机驱动的优点分析，交流变频电机控制系统分析等方面，望能够给有关人员以启发，使交流变频电机所具有的积极作用在钻井作业中得到充分发挥。
一、交流变频电动机交流变频电动机是一种特殊的变频电动机，交流变频电动机在具体应用中与一般变频电动机相比具有以下特点：（1）在设计中所使用的绝缘材料采用的为抵抗变频器谐波突破的特殊材料，提高交变频电动机的性能。
（2）结构设计和电磁设计与一般变频电机相比较特殊。
在石油钻井中应用交流变频电动机与直流钻机和机械钻机相比，在钻井过程中，对交流变频调速技术进行合理应用，可以很好的适应石油钻井在工艺上的具体要求，并且使钻机的机械结构得到了进简化，减少了对钻井机械的保养，使设备的可靠性和安全性得到进一步提高。
此外，交流变频电动机还具有质量轻、体积小、故障少等诸多优点，因此在石油钻井中需要加强对其的应用，提高石油钻井的工作效率。
二、交流变频电动机及其控制系统的应用1.交流变频石油钻机。
（1）石油钻机钻进原理。
石油钻机用于石油或天然气资源的钻采过程，运行过程中钻机带动钻具击碎岩石向下钻进，辅助完成地下资源的开采。
现阶段，国内外石油开采中常用的钻井方式为旋转钻井，即将钻头旋转击碎岩石，形成钻井结构。
然后利用钻杆将钻头探入到钻井底部，通过转盘或驱动装置带动钻头及钻杆旋转，钻井泵向井内输送钻井液，并将井底碎石带回到地面，再利用吊车等大型设备完成钻具安置。
（2）交流变频石油钻机。
交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式
交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式交流伺服电机的定子装有三相对称的绕组，而转子是永久磁极。
当定子的绕组中通过三相电源后，定子与转子之间必然产生一个旋转场。
这个旋转磁场的转速称为同步转速。
电机的转速也就是磁场的转速。
由于转子有磁极，所以在极低频率下也能旋转运行。
所以它比异步电机的调速范围更宽。
而与直流伺服电机相比，它没有机械换向器，特别是它没有了碳刷，完全排除了换向时产生火花对机槭造成的磨损，另外交流伺服电机自带一个编码器。
可以随时将电机运行的情况“报告”给驱动器，驱动器又根据得到的11报告"更精确的控制电机的运行。
由此可见交流伺服电机优点确实很多。
可是技术含量也高了，价格也高了。
最重要是对交流伺服电机的调试技术提高了。
也就是电机虽好，如果调试不好一样是问题多多。
伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与H标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
伺服电动机（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。
其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度，按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。
下面简单介绍交流伺服电动机有以下三种转速控制方式：(1)幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改变控制电压的大小。
(2)相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。
(3)幅值一相位控制同时改变控制电压幅值和相位.交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。
交流电动机驱动及其控制
5、4、1 交流伺服电机特点及其调速方法
直流伺服电机具有电刷与整流子,尺寸较大且必须 经常维修,使用环境也受到一定影响,特别就是其容量较 小,受换向器限制,很多特性参数随速度而变化,因而限制 了直流伺服电机向高转速、大容量发展。
交流伺服电机采用了全封闭无刷结构,以适应实际 生产环境,不需要定期检查与维修。其定子省去了铸件壳 体,结构紧凑、外形小、重量轻(只有同类直流电机得75 ％～90％)。定子铁芯较一般电机开槽多且深,绕组绕在 定子铁芯上,绝缘可靠,磁场均匀。可对定子铁芯直接冷 却,散热效果好,因而传给机械部分得热量小,提高了整个 系统得可靠性。转子采用具有
5、4、2 变频器调速装置(VFD)
一、晶闸管变频器得工作原理
图5-36所示为交－直－交变频器得主电路,它由整 流器、中间滤波环节及逆变器三部分组成。整流器为 晶闸管三相桥式电路,它得作用就是将恒压恒频交流电 变换为直流电,然后再用作逆变器得直流供电电源。逆 变器也就是晶闸管三相桥式电路,但它得作用与整流器 相反,它就是将直流电变换调制为可调频率得交流电,就 是变频器得主要组成部分。中间滤波环节由电容器、 电抗器组成,它得作用就是对整流后得电压或电流进行 滤波。
需要运动与位置控制场合得就是同步型交流伺服电机。 这种伺服电机通常具有永磁得转子,故称为永磁交流伺 服电机,以区别于有笼型转子得异步型交流伺服电机。 在这里主要讨论永磁交流伺服系统。
现代永磁交流伺服系统中所采用得永磁同步电机 经特殊设计,同轴安装有转子位置传感器、速度传感器, 根据需要还可以安装安全制动器与强迫冷却得风机等。
永磁交流伺服驱动系统按照其工作原理、驱动电 流波形与控制方式得不同,又可分为两种伺服系统;矩形 波电流驱动得永磁交流伺服系统与正弦波驱动得永磁 交流伺服系统。其原理分别如图5-42与5-43所示。
项目三 交流电机类型及其控制技术
第四节 三相异步感应电动机的转矩与功率的关系
从定子输入到转子的功率（kw）
Pm
2 n0T
60
式中， T 为旋转磁场作用于转子导体所产生的转矩； n0 为旋转磁场的同步
转速。
当转子的转速为 n（r/min）时，转子产生的总机械功率（包括有用功率和损
耗的功率）（W）
2 nT
Pm 60
式中，n 为电动机转子转速。
2)制动运转状态。三相异步感应电动机的三种制动运转状态：反馈制动、反 接制动和能耗制动。一般情况下，电动汽车利用反馈制动回收能量可以达到车辆 所消耗能量的10%～15%,这对与电动汽车的节能有重要意义。
在反馈制动状态，感应电动机被电动车带动，并将一部分惯 性能量转换为转子钢耗，而大部分通过进入定子。除去定子铜 耗与铁耗后，电能反馈到电流转换器被转换并储存到动力电池 中，因此又称为发电制动。由于Te为负，s<0，所以反馈制动状 态的机械特性是电动状态机械特性向第三象限的延伸。
下降，如图 3-13 所示。
图 3-13 功率因数特性
(5)效率特性 效率特性η = f2(P2)。根据η = P2/ P1，P2 =0，η =0。P2 增加，η 提高，当 P2 增加到某一临界值时, η 又下降。这是因为铜损与电流有关，与电流平方成正比， 如图 3-14 所示。
图 3-14 效率特性
三相异步电动机根据其转子结构的不同又可分鼠笼式和绕线式两大类，其中鼠笼 式应用最为广泛。
交流异步电机具有以下的特点。交流异步电动机具有结构简单、坚固耐用、价格 便宜、工作可靠、效率较高、无需保养等特点，特别是采用鼠笼式转子时，交流电 动机具有其他电动机不可比拟的优点，随着电子调速技术的发展，已成为电力拖动 选择的主要机型。
交流伺服电机的控制研究
交流伺服电机的控制研究摘要：随着科学技术的不断发展和计算机技术的不断进步，以及现代控制理论的不断创新，交流伺服系统作为现代主力驱动设备，在机器人、数控机床和航空航天等领域发挥着越来越重要的作用，是现代化工业生产不可或缺的一部分。
因此对于电机控制的要求也越来越严格和多样。
本文以交流伺服电机的控制为题，简单介绍几种电机控制的方法。
关键词：交流伺服电机；矢量控制；永磁同步电机；直接转矩控制0 前言交流伺服电机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf 上;另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。
所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机[1]。
20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。
交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。
90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。
交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。
1 交流伺服系统的现状与发展方向1.1 交流伺服控制系统的现状伺服控制系统虽然应用已久，大量应用于结构简单的直流电机，在结构复杂的交流电机应用中还无法达到人们理想的效果，使得应用受到限制。
由于直流电机控制简单，长期应用于各种领域。
直到年，德国西门子工程师提出了矢量控制方法，将交流电机解耦后再控制，使交流电机能够和直流电机的控制性能有极高的相似之处，解决了长期阻碍交流电机发展的控制问题。
交流电机冰开始广泛在伺服控制领域应用起来，未来必将取代直流电机，在伺服控制领域中占主导地位。
由于各项相关技术理论的进一步完善，应用不断深入，验证了交流伺服系统的稳定性。
发达国家的电器公司在伺服控制领域，直流电机已经由交流电机完全代替。
电机与电力电子掌握电动机的控制与驱动技术
电机与电力电子掌握电动机的控制与驱动技术电机是现代工业与生活中不可或缺的重要设备，而电力电子作为电机的控制与驱动核心技术，对电机的性能表现和应用提出了更高的要求。
本文将介绍电机的控制与驱动技术，并探讨它们在各个领域的应用。
1. 电机的基本原理电机是将电能转化为机械能的设备。
电机的基本原理是利用电流通过导线产生的磁场与永磁体或电磁体之间相互作用来产生力矩。
根据电机的不同工作原理，可以将其分为直流电机和交流电机。
2. 电机控制技术电机的控制技术是指通过改变电流或电压来控制电机的运行状态。
常见的电机控制技术包括调速、转向、定位等。
其中，电机的调速控制技术是电机控制中最常用的技术之一。
2.1 直流电机控制技术直流电机采用的控制技术主要包括电阻切换控制、PWM控制和矢量控制三种。
2.1.1 电阻切换控制电阻切换控制是通过改变电阻来改变电机的转速。
这种控制技术简单、成本低，但效果较差，不适用于对电机性能要求较高的应用场合。
2.1.2 PWM控制PWM控制是通过改变脉宽来改变电机的转速。
脉宽越大，电机的转速越快。
这种控制技术简单、效果较好，被广泛应用于各种直流电机控制系统中。
2.1.3 矢量控制矢量控制是将直流电机模型转换为交流电机模型进行控制，通过控制电流和电压的相位和幅值来实现电机的精确控制。
矢量控制技术具有高效性能和较高的响应速度，适用于对电机精确度要求较高的应用场合。
2.2 交流电机控制技术交流电机的控制技术主要包括感应电机矢量控制、同步电机矢量控制和直接转矩控制三种。
2.2.1 感应电机矢量控制感应电机矢量控制是通过控制电流和电压的相位和幅值来实现对感应电机的精确控制。
这种控制技术具有较高的效率和较好的响应性能，被广泛应用于传动系统、工业控制等领域。
2.2.2 同步电机矢量控制同步电机矢量控制是通过控制电流和电压的相位和幅值来实现对同步电机的精确控制。
同步电机矢量控制技术具有较高的效率和较好的动态性能，适用于对电机稳定性要求较高的应用场合。
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第5章 伺服控制系统设计 5.4.2 变频器调速装置（VFD） 一.晶闸管变频器的工作原理
图5-36所示为交－直－交变频器的主电路，它由
整流器、中间滤波环节及逆变器三部分组成。整流器 为晶闸管三相桥式电路，它的作用是将恒压恒频交流 电变换为直流电，然后再用作逆变器的直流供电电源。 逆变器也是晶闸管三相桥式电路，但它的作用与整流 器相反，它是将直流电变换调制为可调频率的交流电， 是变频器的主要组成部分。中间滤波环节由电容器、 电抗器组成，它的作用是对整流后的电压或电流进行 滤波。
Ud 2
V1 C
N
VD1 U
V3
VD3 V
V5
VD5
W VD4 V2 VD2
Ud 2
C
V4
VD2
V6
u rU u rV u rW uc
调制 电路 (a)
图5-41 三相SPWM逆变电路图(a)
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
u O
t
u UN
Ud 2 O U d 2 u VN
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 需要运动和位置控制场合的是同步型交流伺服电机。 这种伺服电机通常具有永磁的转子，故称为永磁交流 伺服电机，以区别于有笼型转子的异步型交流伺服电 机。在这里主要讨论永磁交流伺服系统。 现代永磁交流伺服系统中所采用的永磁同步电机 经特殊设计，同轴安装有转子位置传感器、速度传感 器，根据需要还可以安装安全制动器和强迫冷却的风 机等。 永磁交流伺服驱动系统按照其工作原理、驱动电 流波形和控制方式的不同，又可分为两种伺服系统； 矩形波电流驱动的永磁交流伺服系统和正弦波驱动的 永磁交流伺服系统。其原理分别如图5-42和5-43所示。
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
u uc ur
O
t
uo Ud
uo u of
O
t
图5-39 单相单极性SPWM控制方式原理
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
u ur uc
O
t
uo Ud
u of
uo
O
t
－Ud
图5-40 单相双极性PWM控制方式原理
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
交流伺服电机采用了全封闭无刷结构，以适应实 际生产环境，不需要定期检查和维修。其定子省去了铸 件壳体，结构紧凑、外形小、重量轻(只有同类直流电 机的75％～90％)。定子铁芯较一般电机开槽多且深， 绕组绕在定子铁芯上，绝缘可靠，磁场均匀。可对定子 铁芯直接冷却，散热效果好，因而传给机械部分的热量 小，提高了整个系统的可靠性。转子采用具有
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
图5-37 三相桥式逆变器的原理电路图(a)
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
V1 Ud V2
VD1 R uo VD2 L
V3
VD3
V4
VD4
ur 信号波 u 载波 c
调制 电路
图5-37 三相桥式逆变器的原理电路图(b)
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
正弦波调制信号的负半周也可用相同的方法来等效。
工程上获得SPWM调制波的方法是根据三角波与 正弦波的相交点来确定逆变器功率开关的工作时间的。
调节正弦波的频率或者幅位使可以相应地改变逆变器
输出电压基波的频率或幅值。 如图5-40所示，为单相双极性SPWM控制方式原 理图。在PWM型逆变电路中，使用最多的是图5-41所 示的三相桥式逆变电路，其控制方式一般都采用双极 性方式。
Ud N Ud 2 O Ud 2 u UV
t
Ud O －Ud u UN O
2U d U d 3 3
t
图5-41 三相SPWM逆变电路波形图(b)
t
(b)
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 5.4.3 交流伺服系统组成 交流伺服系统由伺服电机和伺服驱动器两部分
SPWM。 如图5-39所示，为单相单极性SPWM控制方式原 理图。正弦波参考信号ur（也称调制信号）的正半周由 三角波uc （也称载波信号）划分为K份，每一份的正弦 曲线与横轴所包围的面积都用一个与此面积相等的
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 等高矩形脉冲的面积所代替，这样由K个等幅而不等 宽的矩形脉冲所组成的波形uo与正弦波的正半周等效。
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 实现输出频率的调节。显然，同时改变三角波的频率 和参考直流信号电压ur的大小、就可以使逆变器在输出
变频的同时相应地改变电压的大小。
如果取正弦波作为参考信号ur，它与三角波相比 较后可得到矩形波，这是一组宽度按正弦规律变化的
矩形脉冲，这种调制方式称为正弦波脉宽调制，简称
组成。电机主体是永磁同步式或笼型交流电机，伺服
驱动器通常采用电流型脉宽调制(PWM)三相逆变器和 具有电流环为内环、速度环为外环的多环闭环控制系
统，其外特性与直流伺服系统相似，以足够宽的调速
范围(1：1000～1：10000)和4象限工作能力来保证它在 伺服控制中应用。目前常按电机类型将交流伺服系统 分为两大类：一类是同步型交流伺服系统(SM)，另一 类是异步型交流伺服系统(IM)。绝大多数用于机床数 控进给驱动控制、工业机器人关节驱动控制和其他
第5章 伺服控制系统设计
5.4 交流电动机驱动及其控制
5.4.1 交流伺服电机特点及其调速方法
5.4.2 变频器调速装置（VFD）
5.4.3 交流伺服系统组成 5.4.4 交流伺服电机的矢量控制及应用实例
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 5.4.1 交流伺服电机特点及其调速方法 直流伺服电机具有电刷和整流子，尺寸较大且必须 经常维修，使用环境也受到一定影响，特别是其容量较 小，受换向器限制，很多特性参数随速度而变化，因而 限制了直流伺服电机向高转速、大容量发展。
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
整流
逆变 负 载
～
图5-36 交—直—交变频电路结构图(a)
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
图5-36 交—直—交变频电路结构图(b)
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
R0 ～ V0 M 3～
图5-36 交—直—交变频电路结构图(c)
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 二.脉宽调制方法（PWD） 逆变器是变频调速系统的核心。图5-37为三相桥 式逆变器的原理电路图，它采用电力晶体管GTR作开 关元件(也可以用其他开关元件)。 负载为三相对称电阻负载。由各开关管的基极驱 动信号分别整制各开关管的通断。基极驱动信号在电 路中一般常以载频信号uc与参考信号ur相比较产生，这 里uc采用单极性等腰三角形波形，而ur采用直流电压。 在uc和ur波形相交处发出调制信号，部分脉冲调制波形 如图5-38所示，那是经过三相对称倒相后a、b两点的 相位波形， uoo’和相电压uao’的脉冲列波形。
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
思考题
5-1 试叙述伺服系统的含义。伺服系统的基本要 求是什么？
5-2 试比较开环、半闭环和闭环伺服系统的优缺
点。 5-3 分析步进式伺服系统、直流伺服系统和交流 伺服系统各自的特点及其应用场合。
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
5-4 在步进式伺服系统中，是如何实现速度的方 向和大小控制的? 5-5 5-6 试分析直流电机PWM驱动电路的工作原理。 试分析交－直－交变频调速中SPWM逆变器
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
图5-42 矩形波交流伺服驱动器原理图
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
图5-43 正弦故交流伺服驱动器原理图
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 5.4.4 交流伺服电机的矢量控制及应用实例
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计
5.5 直线电动机驱动及其控制
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 交流电机的转速公式：
60 f n (1 s ) p n0 n s n0
式中，f－定子电源频率，s－转差率；p－极对数，n0－
同步转速。 根据上式，可得到不同的交流电机调速的方法：
(1)转子绕组串联电阻改变转差率，这种方法调速
机械特性很软，低速运行时电阻损耗很大。
图5-38
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 在图示的波形中，输出电压一个周期内有12个等 腰三角形。输出波形正负半周对称，主回路中的6个开 关元件都是半周工作，通断6次输出6个等幅、等宽、 等距的脉冲列，另半周总处于截止状态。这6个开关元 件是以VT1～VT6的顺序轮流工作的。 输出的电压波形每半个周期出现6个等宽、等距脉 冲，中间2个脉幅高(等于2U/3)，两边4个脉幅低(等于 U/3)，正负半周对称。 从波形图可以清楚地看出：当三角形波幅值一定， 改变参考直流信号ur的大小，输出脉冲的宽度即随之改 变，从而改变输出的交流电压大小。当改变载频三角 波的频率而保持每周输出脉冲数不变时，就可以
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 (2)改变定子电压来改变转差率，这种方法损耗也 很大。 (3)改变极对数来改变转速，这种方法调速是有级 的，而且调速范围窄。 (4)改变定子供电频率，可以平滑地改变电机的同 步转速，这种方法最为理想，称又交流变频调速，其 装置叫变频器调速装置(VFD)。 目前高性能的交流调速系统大都采用变频调速方 法来改变电机转速。为了保持在调速时电机的最大转 矩不变，需要维持磁通恒定，这时就需要定子供电电 压做相应调节。因此，对交流电机供电的变频器一般 都要求兼有调频调压两种功能。
机电一体化导论
第5章 伺服控制系统设计 精密磁极形状的永久磁铁，因而可实现高转矩／惯量 比，动态响应好，运行平稳。因此交流伺服电机以其 高性能、大容量日益受到广泛的重视和应用。 但是交流电机的控制性能没有直流电机的好，也 正是由于这一点，交流伺服系统的发展历史没有直流 伺服系统早，在过去较长的一段时间远没有直流伺服 系统应用广泛。 随着电子学和电子技术的发展，特别是集成电路 和计算机控制技术的发展，交流伺服的发展极为迅速， 已进入与直流伺服相媲美、相竞争的时代，并有取而 代之的趋势。