两相交流伺服电动机结构原理和特性

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(一)结构

两相交流伺服电动机的结构见图3—3一l～图3—3 4，其定子结构同一般异步电动机相似，但是，定子绕组是两相的，其中一相叫励磁相，另一相叫控制相。通常控制相分成两个独立且相同的部分，它们可以串联或并联，供选择两种控制电压用。两相绕组在空间相差90°电角度。普通型交流伺服电动机转子结构通常采用鼠笼型和非磁性杯型。

鼠笼型转子两相交流伺服电动机的定子是采用“一刀通”结构，使定子铁心内圆和轴承室内圆为同一尺寸，一次夹装同时加工，既保证了定子内圆和转子外圆的同轴度又提高了装配精度，因而可以设计制造成小气隙和转子细而长。电动机由较高的利用率．体积小，质量小，机械强度好，能在恶劣的气候和环境条件下可靠地工作。由于鼠笼转子有齿和槽，存在有反应转矩，定子和转子之间会产生齿槽粘合现象，使转子“吸住”在某几个位置中的一个位置。为了克服这种齿槽粘合现象，在转子开始转动以前，必须施加一定数值的电压，称之为启动电压。采取转子斜槽措施可以在很大程度上削弱齿槽粘合现象的影响。

非磁性杯型两相交流伺服电动机的转子是铝制空心薄壁结构，转子的惯性矩小。由于转子上没有齿和槽，因此定子和转子间没有齿槽粘合现象，转矩不随轴的位置而发生变化，恒速旋转时转轴一般不会有抖动现象。

(二)基本原理

两相交流伺服电动机定子上布置有励磁和控制两相绕组。两者在空间相差90°电角度，见图3-3-6(b)。在励磁绕组上馈以固定的励磁电压，在控制绕组上馈以可变的控制电压反馈，当两相绕组产生的磁动势幅值相等，电机处于对称状态时，在定、转子间的气隙中产生的合成磁动势是一个圆形旋转磁场，旋转磁场切割转子导条，产生感应电动势和电流，电流和旋转磁场相互作用产生转矩，转子沿旋转磁场的方向旋转。

两相交流伺服电动机在运行中，控制电压经常是变化的，即电动机经常处于不对称状态。因此，两相绕组产生的磁动势幅值并不相等，相位差也不是90°电角度，故气隙中的合成磁场是椭圆形旋转磁场。两相交流伺服电动机就是靠不同程度的不对称运行来进行控制的。

两相交流伺服电动机的机械特性曲线上的任何一点应满足df／dr<0因而电机在转差率s—O～1之间任何一点上都能稳定运行。两相交流伺服电动机在单相供电时，其转速与转矩符号相反，所以，当控制电压消失后，处于单相运行状态时，由于电磁转矩为制动性质，能迅速停转而不会发生“自转”现象。

两相交流伺服电动机常用的控制方式有幅值控制、相位控制和幅相控制，电气接线图见图3-3-6.接线图表示了两种控制方式：(a)为幅值控制或相位控制电气接线；(b)为幅相控制(电容分相)电气接线。
伺服电动机的工作性能的优劣主要是由它的工作特性决定，两相交流伺服电动机的主要工作特性有：机械特性、调节特性、堵转转矩特性和输入输出特性。
1机械特性
图3—3—7所示的机械特性曲线就是表示在一定的输入条件下伺服电动机转速与输出转矩的关系。这种机械特性是稳定的，两相电压不变时，可保证从零转速到空载转速范围内能平滑、稳定调速。只改变控制电压可以得到1组机械特性曲线族。3种控制方式的机械特性曲线族见图3-3-8。图中m、γ分别为转矩、转速的标么值。

由图可见，实际的机械特性是非线性的。伺服服电动机在一定输入条件下，实际机械特性与理想机械特性之间转速之差对空载转速之比的最大值称为机械特性非线性度，用Km表示，见图3-3-9。
Km越小，伺服电动机的性能越接近线性系统的动态误差就越小。在精密的伺服系统中，通常要求Km≤10％～15％，在一般伺服系统中，Km≤1 5％～25％

2调节特性
伺服电动机在一定的励磁和负载转矩条件下，转速与控制电压幅值的关系或者转速与控制电压相位差的正弦函数的关系称为调节特性。3种控制方式的调节特性曲线族见图3-3-10。图中a为控制电压比电源电压的标幺值-口为两相电压间的相位差标幺值，y为转速标幺值。

由图3 3 10可见，实际的调节特性是非线性的。伺服电动机在一定励磁和负载转矩条件下，实际调节特性与理想调节特性之间转速之差对额定控制电压时转速之比的最大值称为调节特性非线性度，用Kv表示，见图3-3-l1，一般Kv≤20％～25％。

3堵转转矩特性
伺服电动机往一定励磁条件下．堵转转矩与控制电压的关系称为堵转特性，见图3- 3- 12。堵转转矩足指在一定输入条件下转子堵转时所得到的最小转矩。
实际的堵转特性是非线性的。伺服电动机在一定励磁条件下，不同控制电压的堵转
转矩与列应的理想堵转转矩之差对额定控制电压下堵转转矩之比的最大值，称为堵转转矩的非线性度，用Kd表示．如图3-3-13 所示。一般Kd≤士5％。