第三章 无刷永磁伺服电动机.ppt

第3章 无刷永磁伺服电动机 3.1 概述 3.2 无刷直流电动机 3.3 正弦波永磁同步电动机及其矢量控制伺服驱动系统 3.4 无刷永磁伺服电动机与三相感应伺服电动机的比较 3.1 概述 3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构 3.1.2 无刷永磁电动机伺服系统的组成 3.1.3 无刷永磁伺服电动机的分类 3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构 无刷永磁伺服电动机也称为交流永磁伺服电动机，通常是指由永磁电动机和相应驱动、控制系统组成的无刷永磁电动机伺服系统，其本质上是一种自控变频同步电动机系统，有时也仅指永磁电动机本体。无刷永磁伺服电动机就电动机本体而言是一种采用永磁体励磁的多相同步电动机，定子结构与普通同步电动机或感应电动机基本相同，转子方面则由永磁体取代了电励磁同步电动机的转子励磁绕组 。 3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构 表面式转子：典型结构如图3-1a）所示，永磁体通常呈瓦片形，通过环氧树脂直接粘贴在转子铁心表面上。 在体积和功率较小的无刷永磁伺服电动机中，也可以采用圆环形永磁体，如图3-1b）所示，永磁体为一整体的圆环，该结构的转子制造工艺性较好。 3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构 嵌入式转子：结构如图3-2所示，永磁体嵌装在转子铁心表面的槽中。 3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构 内置式转子：永磁体不是装在转子表面上，而是位于转子铁心内部，可能的几何形状有多种，图3-3给出了两种典型结构。图3-3a）所示转子结构中永磁体为径向充磁，在图3-3b）所示转子结构中永磁体为横向充磁。 3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构 当电动机极数较多时，径向充磁结构受到永磁体供磁面积的限制，不能提供足够的每极磁通，而横向充磁结构由于相邻磁极表面极性相同，每个极距下的磁通由相邻两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁通。横向充磁结构的不足之处是漏磁系数较大，且转轴上需采取适当的隔磁措施，如采用非磁性转轴或在转轴上加非磁性隔磁衬套，使制造成本增加，制造工艺变得复杂。 3.1.1 无刷永磁伺服电动机的基本结构 嵌入式和内置式的特点：交、直轴磁路磁阻是不相等的。内置式转子的交、直轴磁路如图3-4所示。直轴磁路磁阻大于交轴磁路磁阻，因此内置式和嵌入式转子结构的无刷永磁伺服电动机属于凸极同步电动机。 3.1.2 无刷永磁电动机伺服系统的组成 无刷永磁伺服电动机通常由变频电源供电 由恒频电源供电的永磁同步电动机仅适用于在要求恒速运转的场合作为驱动电机使用。为了解决电动机的起动问题，其转子上需装设笼型起动绕组（阻尼绕组），利用笼型绕组感应产生的异步转矩将电动机加速到接近同步速，然后由永磁体产生的同步转矩将转子牵入同步。 对于伺服电动机而言，一个基本要求是其转速能在宽广的范围内连续调节，因此无刷永磁伺服电动机通常由变频电源供电，采用变频调速技术实现转速调节。变频电源供电的永磁同步伺服电动机，由于供电电源频率可以由低频逐渐升高，可以直接利用同步转矩使电动机起动，故转子上一般不设阻尼绕组。 3.1.2 无刷永磁电动机伺服系统的组成 同步电动机变频调速系统的基本类型 根据变频电源频率控制方式的不同，同步电动机变频调速系统可以分为他控变频和自控变频两大类。 他控变频：用独立的变频装置给同步电动机供电，通过直接改变变频装置的输出频率调节电动机的转速，是一种频率开环控制方式。 自控变频：所用的变频电源是非独立的，变频装置输出电流（电压）的频率和相位受反映转子磁极空间位置的转子位置信号控制，是一种定子绕组供电电源的频率和相位自动跟踪转子磁极空间位置的闭环控制方式。由于电动机输入电流的频率始终和转子的转速保持同步，采用自控变频方式的同步电动机不会产生振荡和失步现象，故也称为自同步电动机系统。 3.1.2 无刷永磁电动机伺服系统的组成 无刷永磁电动机伺服系统的组成 由于他控变频的同步电动机存在振荡和失步等问题，因此无刷永磁伺服电动机通常采用自控变频方式，所构成的无刷永磁电动机伺服系统如图3-5所示。 3.1.2 无刷永磁电动机伺服系统的组成 基本工作原理： 由转子位置检测器产生转子磁极的空间位置信号，并将其提供给控制器；控制器根据来自外部（如上位机等）的控制信号和来自位置检测器的转子位置信号，产生逆变器中各功率开关器件的通断信号；由逆变器将输入直流电压转换成具有相应频率和相位的交流电流和电压，供给伺服电动机。 3.1.3 无刷永磁伺服电动机的分类 无刷永磁伺服电动机的分类 无