Ac伺服電動機由于克服了Dc伺服電動機存在電刷和機械換向器而帶來的各種限制，因此在工廠自動化(FA)中獲得廣泛的應用。在異步籠型Ac伺服電動機和同步型Ac伺服電動機這兩種類型中，目前，在數控機床、工業機器人等小功率應用場合，轉子采用永磁材料的同步伺服電動機驅動獲得了比前者更為廣泛的應用。這主要是因為現代永磁材料的性能不斷提高，價格不斷下降，控制相對異步電
動機來說也比較簡單，容易實現高性能的優良控制之故。因此，本書將主要討論這種類型的Ac伺服系統。
永磁同步電動機Ac伺服系統主要由以下幾個部分組成：
1．永磁同步伺服電動機
永磁同步伺服電動機主要由轉子和定子兩大部分組成，如圖l一5所示。在轉子上裝有特殊形狀的永磁體，用以產生恒定磁場。轉子上的永磁材料可以采用鐵氧體或稀土永磁材料。高性能而價格適宜的永磁材料，為提高電動機的伺服性能和實用化提供了條件。由于轉子上沒有勵磁繞組，由永磁體產生磁場，因而不需要引入勵磁電流，電動機內部的發熱只取決于電樞電流。在電動機的定子鐵心上繞有三相電樞繞組，接在可控制的變頻電源上。在結構上，定子鐵心直接裸露于外界空間，因此散熱情況良好，也使電動機易于實現小型化和輕量化。
2．速度和位置傳感器
為檢測電動機的實際運行速度，通常在電動機軸的非負載端安裝速度傳感器，如測速發電機。為了進行位置控制同時也裝有位置傳感器，如光電編碼器。對于永磁同步伺服電動機來說，還必須裝有轉子永磁體的磁極位置檢測器，檢測出磁極位置，并以此為依據使電樞電流實現正交控制。實際上，檢測電動機的轉子旋轉速度、磁極位置和系統的定位控制這三種功能可用一個光電編碼器或旋轉變壓器來完成，至少一個檢測器需要完成兩種功能。多種功能用一個傳感器來實現，可以減小、
電動機的軸向尺寸，并能簡化控制和安裝。
3功率逆變器和PwM生成電路
功率逆變器主要由整流器和逆變器兩部分組成。整流器將輸入的三相交流電整流成直流電，經過電容器濾波平滑后提供給逆變器作為它的直流輸入電壓，逆變器的作用是在PwM(脈沖寬度調制)控制信號的驅動下，將輸入的直流電變成電壓與頻率可調的交流電，輸入到伺服電動機的電樞繞組中。PwM回路以一定的頻率產生出觸發功率器件的控制信號，使功率逆變器的輸出頻率和電壓保持協調關系，并使流人電樞繞組中的交流電流保持良好的正弦性。
4．速度控制器和電流控制器
一般情況下，速度控制器為PI(比例一積分)控制規律，它的輸出為電流指令(直流量)。速度控制器的作用主要是為了能進行穩定的速度控制，以使其在定位時不產生振蕩。當然，在伺服系統中，為了進行位置控制，要求速度環能有快速響應速度指令的能力，并且在穩態時具有良好的特性硬度，對各種擾動具有良好的抑制作用。
電流控制器作為速度環的內環，它在入口綜合電流指令信號和反饋信號，使電樞繞組中的電流在幅值和相位上都得到有效控制，完成與磁通矢量的正交或弱磁高速控制，電流控制器通常也采用PI控制規律，要求它具有更高的快速性，以適應對電流瞬時值跟蹤控制的要求。
圖1—6所示的Ac伺服系統工作原理大致簡述如下
速度指令和速度反饋信號在速度控制器的輸入端進行比較，速度控制器的輸出言號為電流指令信號，這是一個表征電流幅值的直流量。但電動機是交流電動機，要求在其定子繞組中通入交流電流。因此，必須將速度控制器輸出的直流電流指令交流化，使該交流電流指令的相位由轉子磁極位置決定，電流指令的頻率由轉子磁極的旋轉速度來決定，并且把電流指令矢量控制在與磁極所產生的磁通相正交的空間位置上，這樣就可以達到與Dc伺服電動機相似的轉矩控制。為此，將位置檢測
器輸出的磁極位置信號，在乘法器中與直流電流指令值相乘，從而在乘法器的輸出端就獲得了交流電流指令：交流電流指令值與電流反饋信號相比較后，差值送人電流控制器。依靠電流控制回路的高速跟蹤能力，使在電動機定子電樞繞組中產生出波形與交流電流指令相似但幅值要高得多的正弦電流，該電流與永磁體相互作用產生電磁轉矩，推動Ac伺服電動機運動。
Ac伺服電動機產生電磁轉矩的原理與Dc伺服電動機相同：放在磁場中的載流導體將受到作用力，作用力的方向與導體垂直。Ac伺服電動機中的導體就是固定在定子鐵心上的電樞線圈，作用在電樞線圈上的力以反作用力的方式驅動轉子永磁體，從而使轉子旋轉起來。這時，在永磁體轉子旋轉的同時，若能在定子線圈中流過與轉子磁極位置保持一定相對關系的三相正弦電流，轉子就會連續受到旋轉力的作用而繼續運動。
|
