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注評考試《機電設備評估基礎》預習：交流伺服電動及其速度控制
第五章 數控機床及工業機器人
知識點十五、交流伺服電動及其速度控制
直流伺服電動機具有優良的調速性能，但它的電刷和換向器容易磨損，需要經常維護；由于換向器換向時會產生火花而使最高轉速受到限制；直流電動機結構復雜，制造困難，成本高。因此，20世紀80年代中期以來，交流伺服電動機得到飛速發展，交流伺服系統正在逐步取代直流伺服系統。
（一）交流伺服電動機（掌握）
1.交流主軸電動機
是經過專門設計的鼠籠式三相異步電動機。特點是：
（1）沒有外殼，定子鐵芯直接暴露在空氣中，而且有軸向通風孔，以利于電動機冷卻、縮小電動機體積，增大了電動機的功率。
（2）轉子做成細長型，以便減小轉子的轉動慣量。
（3）尾部都同軸安裝有脈沖發生器（或脈沖編碼器）。
交流主軸電動機的功率一速度特性曲線與直流主軸電動機相類似：在基本速度以下為恒轉矩區域，在基本速度以上為恒功率區域。
恒功率的速度范圍只有1：3的速度比，當速度超過一定值后，功率一速度特性曲線會向下傾斜。
交流主軸電動機也具有一定的過載能力，一般能在額定負載的1.2～1.5倍負載下工作幾分鐘至半個小時。
【鏈接】直流主軸電動機一般能承受150%的過載載荷，過載時間隨生產廠家而已，1~30min不等。
2.永磁同步交流伺服電動機。主要由定子、轉子和檢測部件三部分組成：
定子形狀與普通感應電動機的定子相似，具有齒槽，內有三相繞組，外表面多呈多邊形，且無外殼，這樣有利于散熱。
轉子是永久磁鐵。當定子三相繞組接上電源后，就產生一個旋轉磁場，該旋轉磁場吸引永磁轉子同步旋轉。
轉子轉速為： 
式中：nr——轉子轉速；ns——定子旋轉磁場轉速；f-電源頻率；Ｐ——磁極對數。
【注意】無轉差率，旋轉磁場的轉速和永磁轉子同步旋轉。而交流三項異步電動機的轉速還需要考慮轉差率。
交流伺服電動機的性能用特性曲線和數據表來描述。其中最重要的是電動機的工作曲線，即轉矩一速度特性曲線。
交流伺服電動機的機械特性要比直流伺服電動機的機械特性更硬，其直線更接近水平線。另外，斷續工作區的范圍更為擴大，尤其是在高速區域，這將有利于提高電動機的加、減速能力。
（二）交流伺服電動機的速度控制方法（熟悉）
1.交流主軸電動機的速度控制
廣泛采用矢量控制調速。
對于交流主軸電動機而言，氣隙磁通和轉子電流不是獨立變量，它們都是轉差率S的函數，無法分開進行獨立控制。另外，被控量是既有大小又有相位的矢量，比標量難控制得多。將交流矢量轉換成標量，從而將交流電動機模擬成直流電動機來控制它的轉矩，稱為交流矢量的直流標量化。
【拓展】矢量又有數值又有方向，如速度，加速度等；標量只有數值沒有方向，如質量。交流電是有相位的，而直流電卻沒有。
2.永磁同步交流伺服電動機的速度控制
由同步電動機的轉速計算公式可知，可以通過改變電源頻率來實現調速的要求。改變頻率可以采用交-直-交變頻器或交-交變頻器。
【鏈接】在第三章的直流電動機中，改變電源頻率還有“變頻機組”，這種方式運用很少。
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