交流感应伺服电机的工作原理.docxVIP

交流感应伺服电机的工作原理发布者：admin 　发布时间：2010-6-22 　阅读：531次对感应电机而言，由三相交流电源在定子造成的旋转磁场与转子的感应磁场交互作用，产生扭矩使转子旋转。交流电机的转速与造成旋转磁场电源的振幅、频率有关，频率愈高，则转速愈快，但转速增加时 ，由转子造成的反抗电动势(back emf)亦随的增加，因而降低了产生的扭矩，所以必须提高电压，保持定值的气隙磁通量(air-gap flux)，在忽略因定子线圈电阻所造成 的降压的情况，可维持一固定的电压/频率比，以达成此一目的。 传统上交流感应电机的变速控制，由变频器以开路控制(open-loop control)方式达成，如图12所示 ，变频器的功能即在于将直流电源转换为交流电源，以提供电机的变速控制。由于开路控制方式无法对电机因参数变化与负载波动等因素所造成的转速变化提供闭路补偿，因而无法达到准确的转速控制 ，同时在低速控制范围，因无法有效补偿定子电阻电压降，因此速度控制范围有限，仅能应用于低精度的变速控制场合。? 图12　交流 电机换流器开路驱动系统。由于工业应用上对于交流感应电机速度控制精度要求的提高，因而发展出了各种型式的闭路控制(closed-loop control)系统。其中最重要的即为一种称 的为磁场向量控制(field-oriented vector control)的方式，在下一节将对此一控制方式加以说明 ，现在先对鼠笼式感应电机扭矩产生的过程作一说明。图13　三相二极鼠笼式交流感应电机的结构图13所示为一理想的三相二极鼠笼式感应电机，定子各相的线圈均以同心方式环绕，各相的电阻电感亦平均分怖。定子由三相交流电源造成一旋转磁场，经由变压器作用，在转子形成感应电流，此感应电流与定子旋转磁场切割产生扭矩 ，使得转子旋转。 假设由电机的非正弦波分布绕线与非正弦波的电流所造成的谐波效应(harmonic effect)可忽略不计，则交流电流在定子与转子间的气隙(air-gap)造成一正弦波分布的旋转磁场，其同步转速(synchronous speed)可表式为 　　　　　(17)其中Ne为每分钟转速(rpm)，fe为定子电源频率(hertz)，P为电机的极数 。就交流电机而言，经由气隙磁通量(air-gap flux)与转子磁动力(rotor magnetomotive force)的交互作用而产生扭矩 ，其过程如图14所示。? 图14　交流感应 电机的扭矩产生原理当电机以同步转速旋转时，转子无法经由感应作用而产生扭矩，在其它转速时，同步转速与转子转速的差定义为滑差(slip)，滑差比(slip ratio)则定义为 838电子　　　　　(18) Nr为转子的每分钟转速(rpm)，e、r与st 分别为定子、 转子与滑差的旋转角频率(angular frequency)。气隙磁通量(air-gap flux)相对于转子以滑差st的转速旋转，因而在转子感应出滑差频率电压 (slip frequency voltage)，进而在转子形成滑差频率电流(slip frequency current)。图14中正弦气隙磁通波以e 的角频率旋转，在转子产生感应电压如图中垂直线所示。转子感应电流落后于转子感应电压的角度定义为转子功率因子角r(rotor power factor angle)。图14(c)中由转子感应电流所造成 的梯状转子磁动势(rotor mmf)，可用虚线正弦波近似，由于转子的圆形结构，因此转子感应电流与其所造成的转子磁动势有一90的相位差。因为转子以r的角频率旋转 ，而转子电流相对于转子以st 的速度旋转，因此转子磁动势与气隙磁通量均以同步转速旋转。 转子每极的表面积(pole surface area)Ap可表示为 　　　　　(19)由气隙磁通与转子磁动势的交互作用，所产生的扭矩可表示为 　　　　　(20)其中P为电机的极数，L为转子的长度，R为半径，Bm为气隙磁通密度的峰值，Fm为转子磁动势 的峰值，，r 为转子功率因子角。(20)亦可表示为:　　　　　(21)其中为单极气隙磁通量(air-gap flux)的峰值，为转子电流的峰值