第3章　交流伺服电动机

3.1　概述

3.1.1　交流伺服电动机概述

交流伺服电动机通常是指两相异步电动机，它在小功率随动系统中的应用非常广泛。交流伺服电动机在控制系统中的作用与直流伺服电动机一样，主要作为执行元件，把输入的电信号变换成转轴的角速度输出。输入的电压信号又称为控制电压或控制信号，改变控制电压的大小，伺服电动机的转速随着改变。交流伺服电动机具有宽广的调速范围，线性的机械特性，快速响应和无“自转”现象等性能。因此，交流伺服电动机在自动控制系统中的应用日益广泛。

两相异步伺服电动机的基本结构和工作原理与普通感应电动机相似。从结构上看，电动机由定子和转子两大部分构成，定子铁芯中嵌放两相交流绕组，它们在空间相差90°电角度。其中一组绕组为励磁绕组；另一相则为控制绕组。转子绕组为自行闭合的多相对称绕组。运行时定子绕组通入交流电流，产生旋转磁场，在闭合的转子绕组中感应电动势、产生转子电流，转子电流与磁场相互作用产生电磁转矩。

两相伺服电动机运行时，励磁绕组接至电压为Uf的交流电源上；在控制绕组上，施加与Uf同频率、大小或相位可调的控制电压Uc，通过Uc控制伺服电动机的启动、停止及运行的转速。值得注意的是，由于励磁绕组电压Uf固定不变，而控制电压Uc是变化的，故通常情况下两相绕组中的电流不对称，电动机中的气隙磁场也不是圆形旋转磁场，而是椭圆形旋转磁场。

与直流伺服电动机一样，两相异步伺服电动机在控制系统中也被用作执行元件，自动控制系统对它的基本要求主要有以下几个方面。

①两相异步伺服电动机的转速能随着控制电压的变化在宽广的范围内连续调节。

②整个运行范围内的机械特性应接近线性，以保证两相异步伺服电动机运行的稳定性，并有利于提高控制系统的动态精度。

③无“自转”现象。即当控制电压为零时，两相异步伺服电动机应立即停转。

④两相异步伺服电动机的机电时间常数要小，动态响应要快。为此，要求相伺服电动机的堵转转矩大，转动惯量小。

为了满足上述要求，在具体结构和参数上两相异步伺服电动机与普通异步电动机相比有着不同的特点。两相异步伺服电动机就转子结构形式而言通常有三种：笼型转子、非磁性空心杯转子和铁磁性空心杯转子。由于铁磁性空心杯转子应用较少，下面仅就前两种结构进行介绍。

3.1.2　交、直流伺服电动机的性能比较

交流伺服电动机与直流伺服电动机的性能比较见表3-1。

为了满足自动控制系统对伺服电动机的要求，伺服电动机必须具有宽广的调速范围、线性的机械特性、无“自转”现象和快速响应等性能。为此，它和普通异步电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。