第3章　交流伺服電動機

3.1　概述

3.1.1　交流伺服電動機概述

交流伺服電動機通常是指兩相異步電動機，它在小功率隨動系統中的應用非常廣泛。交流伺服電動機在控制系統中的作用與直流伺服電動機一樣，主要作為執行元件，把輸入的電信號變換成轉軸的角速度輸出。輸入的電壓信號又稱為控制電壓或控制信號，改變控制電壓的大小，伺服電動機的轉速隨著改變。交流伺服電動機具有寬廣的調速范圍，線性的機械特性，快速響應和無“自轉”現象等性能。因此，交流伺服電動機在自動控制系統中的應用日益廣泛。

兩相異步伺服電動機的基本結構和工作原理與普通感應電動機相似。從結構上看，電動機由定子和轉子兩大部分構成，定子鐵芯中嵌放兩相交流繞組，它們在空間相差90°電角度。其中一組繞組為勵磁繞組；另一相則為控制繞組。轉子繞組為自行閉合的多相對稱繞組。運行時定子繞組通入交流電流，產生旋轉磁場，在閉合的轉子繞組中感應電動勢、產生轉子電流，轉子電流與磁場相互作用產生電磁轉矩。

兩相伺服電動機運行時，勵磁繞組接至電壓為Uf的交流電源上；在控制繞組上，施加與Uf同頻率、大小或相位可調的控制電壓Uc，通過Uc控制伺服電動機的啟動、停止及運行的轉速。值得注意的是，由于勵磁繞組電壓Uf固定不變，而控制電壓Uc是變化的，故通常情況下兩相繞組中的電流不對稱，電動機中的氣隙磁場也不是圓形旋轉磁場，而是橢圓形旋轉磁場。

與直流伺服電動機一樣，兩相異步伺服電動機在控制系統中也被用作執行元件，自動控制系統對它的基本要求主要有以下幾個方面。

①兩相異步伺服電動機的轉速能隨著控制電壓的變化在寬廣的范圍內連續調節。

②整個運行范圍內的機械特性應接近線性，以保證兩相異步伺服電動機運行的穩定性，并有利于提高控制系統的動態精度。

③無“自轉”現象。即當控制電壓為零時，兩相異步伺服電動機應立即停轉。

④兩相異步伺服電動機的機電時間常數要小，動態響應要快。為此，要求相伺服電動機的堵轉轉矩大，轉動慣量小。

為了滿足上述要求，在具體結構和參數上兩相異步伺服電動機與普通異步電動機相比有著不同的特點。兩相異步伺服電動機就轉子結構形式而言通常有三種：籠型轉子、非磁性空心杯轉子和鐵磁性空心杯轉子。由于鐵磁性空心杯轉子應用較少，下面僅就前兩種結構進行介紹。

3.1.2　交、直流伺服電動機的性能比較

交流伺服電動機與直流伺服電動機的性能比較見表3-1。

為了滿足自動控制系統對伺服電動機的要求，伺服電動機必須具有寬廣的調速范圍、線性的機械特性、無“自轉”現象和快速響應等性能。為此，它和普通異步電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。