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直流伺服电机在数控系统中应用很多，但是直流伺服电机也有一定的缺点：它的电刷和换向器易磨损；电机最高转速的限制，应用环境的限制；结构复杂，制造困难，成本高。 而交流伺服电机具有以下优点：动态响应好；输出功率大、电压和转速提高。因此，应用更为广泛。 交流伺服电动机的结构与普通的单相异步电动机的结构相似，其定子绕组则与单相电容式异步电动机结构相类似，其上装有两个在空间相隔90o的绕组，一个是励磁绕组WF，另一个是控制绕组WC，这两个绕组通常分别接在两个不同的交流电源（频率相同，相位不同）上，这一点与单相电容式异步电动机不同。其转子一般分为鼠笼转子和杯形转子两种结构型式。鼠笼转子和三相鼠笼式电动机的转子结构相似，杯形转子结构如图所示。杯形转子通常用铝合金或铜合金制成空心薄壁圆筒，为了减小磁阻，在空心杯形转子内放置固定的内定子。不同结构型式的转子都制成具有较小惯量的细长形。目前用得较多的是鼠笼转子。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有 
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图 交流伺服电动机接线图 杯形转子伺服电动机结构图
交流伺服电动机以单相异步电动机原理为基础，励磁绕组WF接到电压为
 的交流电网上，控制绕组接到控制电压  上，当有控制信号输入时，两相绕组便产生旋转磁场。该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以一定的转差率转动起来，其旋转速度 为
式中，f为交流电源频率，Hz；P为磁极对数；
 为电动机旋转磁场转速 ,S 为转差率  。把控制电压的相位改变180o，则可改变伺服电动机的旋转方向。 本文来自www.eadianqi.com 根据伺服系统工作性质的要求，控制电压一旦取消，电动机必须立即停止转动。但众所周知，单相异步电动机一旦转动以后，即使取消控制电压，仅靠励磁电压单相供电也会继续转动，即存在“自转”现象，这意味着失去控制作用，是不允许的，因而交流伺服电机必须解决“自转”问题。 从三相异步电动机的特性可知，转子电阻值对电动机的机械特性有较大的影响，如图所示。当转子阻值增大到一定程度，例如图中  时，最大转矩可出现在 ＝1附近。为此目的，把伺服电动机的转子电阻  设计得很大，使电动机在失去控制信号单相运行时，正转矩或负转矩的最大值均出现在 的地方，这样可得出图所示的机械特性曲线。
图 不同转子阻值时的机械特性曲线及交流伺服电动机
 时的机械特性曲线 本文来自www.eadianqi.com 图中曲线1为有控制电压时伺服电机的机械特性曲线，曲线  为去掉控制电压后，脉动磁场分解为正、反两个旋转磁场对应产生的转矩曲线。曲线 为去掉控制电压后单相供电时的合成转矩曲线。从图中可看出，它与异步电动机的机械特性曲线不同，是在第二和第四象限内。当转速n为正时，电磁转矩T为负，当n为负时，T为正，即去掉控制电压后，单相供电时的电磁转矩的方向总是与转子转向相反，所以，是一个制动转矩。由于制动转矩的存在，可使转子迅速停止转动，从而避免“自转”现象。电机停止转动所需要的时间，比两相电压 同时取消、单靠摩擦等制动方法所需的时间要短得多。这正是两相交流伺服电动机在工作时，励磁绕组始终接在电源上的原因。增大伺服电机转子阻值  ，既有利于消除“自转”现象，同时还使稳定运行段加宽、启动转矩增大。目前通常采用高电阻材料制成的鼠笼导条，杯形转子的壁很薄，一般只有0.2～0.8mm，因而转子阻值较大，且惯量较小。 |