構(gòu)造

　　交流伺服電機(jī)通常都是單相異步電動(dòng)機(jī)，有鼠籠形轉(zhuǎn)子和杯形轉(zhuǎn)子兩種結(jié)構(gòu)形式。與普通電機(jī)一樣，交流伺服電機(jī)也由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上有兩個(gè)繞組，即勵(lì)磁繞組和控制繞組，兩個(gè)繞組在空間相差90°電角度。固定和保護(hù)定子的機(jī)座一般用硬鋁或不銹鋼制成?；\型轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子和普通三相籠式電機(jī)相同。杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)由外定子，杯形轉(zhuǎn)子和內(nèi)定子三部分組成。它的外定子和籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子則由非磁性導(dǎo)電材料(如銅或鋁)制成空心杯形狀，杯子底部固定在轉(zhuǎn)軸7上?？招谋谋诤鼙?小于0.5mm)，因此轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小。內(nèi)定子由硅鋼片疊壓而成，固定在一個(gè)端蓋上，內(nèi)定子上沒有繞組，僅作磁路用。電機(jī)工作時(shí)，內(nèi)﹑外定子都不動(dòng)，只有杯形轉(zhuǎn)子在內(nèi)、外定子之間的氣隙中轉(zhuǎn)動(dòng)。對于輸出功率較小的交流伺服電機(jī)，常將勵(lì)磁繞組和控制繞組分別安放在內(nèi)、外定子鐵心的槽內(nèi)。

　　電機(jī)主要部件包括：1、機(jī)座；2、鐵心；3、繞組；4、端蓋；5、軸承；6、離心開關(guān)或起動(dòng)繼電器和PTC起動(dòng)器；7、銘牌。

　　1 機(jī)座

　　機(jī)座結(jié)構(gòu)隨電動(dòng)機(jī)冷卻方式、防護(hù)型式、安裝方式和用途而異。按其材料分類，有鑄鐵、鑄鋁和鋼板結(jié)構(gòu)等幾種。鑄鐵機(jī)座，帶有散熱筋。機(jī)座與端蓋聯(lián)接，用螺栓緊固。鑄鋁機(jī)座一般不帶有散熱筋。鋼板結(jié)構(gòu)機(jī)座，是由厚為1.5-2.5毫米的薄鋼板卷制、焊接而成，再焊上鋼板沖壓件的底腳。有的專用電動(dòng)機(jī)的機(jī)座相當(dāng)特殊，如電冰箱的電動(dòng)機(jī)，它通常與壓縮機(jī)一起裝在一個(gè)密封的罐子里。而洗衣機(jī)的電動(dòng)機(jī)，包括甩干機(jī)的電動(dòng)機(jī)，均無機(jī)座，端蓋直接固定在定子鐵心上。

　　2 鐵心

　　鐵心包括定子鐵心和轉(zhuǎn)子鐵心，作用與三相異步電動(dòng)機(jī)一樣，是用來構(gòu)成電動(dòng)機(jī)的磁路。

　　3 繞組

　　單相異步電動(dòng)機(jī)定子繞組常做成兩相：主繞組(工作繞組)和副繞組(啟動(dòng)繞組)。兩種繞組的中軸線錯(cuò)開一定的電角度。目的是為了改善啟動(dòng)性能和運(yùn)行性能。定子繞組多采用高強(qiáng)度聚脂漆包線繞制。

　　轉(zhuǎn)子繞組一般采用籠型繞組。常用鋁壓鑄而成。

　　4 端蓋

　　相應(yīng)于不同的機(jī)座材料、端蓋也有鑄鐵件、鑄鋁件和鋼板沖壓件。

　　5 軸承

　　軸承有滾珠軸承和含油軸承。

　　6 離心開關(guān)或起動(dòng)繼電器和PTC起動(dòng)器

　　（1）離心開關(guān)

　　在單相異步電動(dòng)機(jī)中，除了電容運(yùn)轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)外，在起動(dòng)過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到同步轉(zhuǎn)速的70%左右時(shí)，常借助于離心開關(guān)，切除單相電阻起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)和電容起動(dòng)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)繞組，或切除電容起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電容器。離心開關(guān)一般安裝在軸伸端蓋的內(nèi)側(cè)。

　?。?）起動(dòng)繼電器

　　有些電動(dòng)機(jī)，如電冰箱電動(dòng)機(jī)，由于它與壓縮機(jī)組裝在一起，并放在密封的罐子里，不便于安裝離心開關(guān)，就用起動(dòng)繼電器代替。繼電器的吸鐵線圈串聯(lián)在主繞組回路中，起動(dòng)時(shí)，主繞組電流很大，銜鐵動(dòng)作，使串聯(lián)在副繞組回路中的動(dòng)合觸點(diǎn)閉合。于是副繞組接通，電動(dòng)機(jī)處于兩相繞組運(yùn)行狀態(tài)。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速上升，主繞組電流不斷下降，吸引線圈的吸力下降。當(dāng)?shù)竭_(dá)一定的轉(zhuǎn)速，電磁鐵的吸力小于觸點(diǎn)的反作用彈簧的拉力，觸點(diǎn)被打開，副繞組就脫離電源。

　?。?）PTC起動(dòng)器

　　最新式的啟動(dòng)元件是“PTC”，它是一種能“通”或“斷”的熱敏電阻。PTC熱敏電阻是一種新型的半導(dǎo)體元件，可用作延時(shí)型起動(dòng)開關(guān)。使用時(shí)，將PTC元件與電容起動(dòng)或電阻起動(dòng)電機(jī)的副繞組串聯(lián)。在起動(dòng)初期，因PTC熱敏電阻尚未發(fā)熱，阻值很低，副繞組處于通路狀態(tài)，電機(jī)開始起動(dòng)。隨著時(shí)間的推移，電機(jī)的轉(zhuǎn)速不斷增加，PTC元件的溫度因本身的焦耳熱而上升，當(dāng)超過居里點(diǎn)Tc(即電阻急劇增加的溫度點(diǎn))，電阻劇增，副繞組電路相當(dāng)于斷開，但還有一個(gè)很小的維持電流，并有2-3瓦的損耗，使PTC元件的溫度維持在居里點(diǎn)Tc值以上。當(dāng)電機(jī)停止運(yùn)行后，PTC元件溫度不斷下降，約2-3分鐘其電阻值降到Tc點(diǎn)以下，這時(shí)有可以重新啟動(dòng)，這一時(shí)間正好是電冰箱和空調(diào)機(jī)所規(guī)定的兩次開機(jī)間的停機(jī)時(shí)間。

　　PTC起動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)：無觸點(diǎn)、運(yùn)行可靠、無噪無電火花，防火、防爆性能好。且耐振動(dòng)、耐沖擊、體積小、重量輕、價(jià)格低。

　　7 銘牌

　　包括：電機(jī)名稱、型號(hào)、標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)、制造廠名、出廠編號(hào)、額定電壓、額定功率、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、繞組接法、絕緣等級(jí)等。

　　原理

　　交流伺服電機(jī)的工作原理和單相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)無本質(zhì)上的差異。但是，交流伺服電機(jī)必須具備一個(gè)性能，就是能克服交流伺服電機(jī)的所謂“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，即無控制信號(hào)時(shí)，它不應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，特別是當(dāng)它已在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如果控制信號(hào)消失，它應(yīng)能立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)。而普通的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來以后，如控制信號(hào)消失，往往仍在繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　當(dāng)電機(jī)原來處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，如控制繞組不加控制電壓，此時(shí)只有勵(lì)磁繞組通電產(chǎn)生脈動(dòng)磁場。可以把脈動(dòng)磁場看成兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉(zhuǎn)速，向相反方向旋轉(zhuǎn)，所建立的正、反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)磁場分別切割籠型繞組(或杯形壁)并感應(yīng)出大小相同，相位相反的電動(dòng)勢和電流(或渦流)，這些電流分別與各自的磁場作用產(chǎn)生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為零，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)不起來。一旦控制系統(tǒng)有偏差信號(hào)，控制繞組就要接受與之相對應(yīng)的控制電壓。在一般情況下，電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生的磁場是橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個(gè)橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場可以看成是由兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場合成起來的。這兩個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場幅值不等(與原橢圓旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)向相同的正轉(zhuǎn)磁場大，與原轉(zhuǎn)向相反的反轉(zhuǎn)磁場小)，但以相同的速度，向相反的方向旋轉(zhuǎn)。它們切割轉(zhuǎn)子繞組感應(yīng)的電勢和電流以及產(chǎn)生的電磁力矩也方向相反、大小不等(正轉(zhuǎn)者大，反轉(zhuǎn)者小)合成力矩不為零，所以伺服電機(jī)就朝著正轉(zhuǎn)磁場的方向轉(zhuǎn)動(dòng)起來，隨著信號(hào)的增強(qiáng)，磁場接近圓形，此時(shí)正轉(zhuǎn)磁場及其力矩增大，反轉(zhuǎn)磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負(fù)載力矩不變，轉(zhuǎn)子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相180o，旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)向相反，因而產(chǎn)生的合成力矩方向也相反，伺服電機(jī)將反轉(zhuǎn)。若控制信號(hào)消失，只有勵(lì)磁繞組通入電流，伺服電機(jī)產(chǎn)生的磁場將是脈動(dòng)磁場，轉(zhuǎn)子很快地停下來。

　　為使交流伺服電機(jī)具有控制信號(hào)消失，立即停止轉(zhuǎn)動(dòng)的功能，把它的轉(zhuǎn)子電阻做得特別大，使它的臨界轉(zhuǎn)差率Sk大于1.在電機(jī)運(yùn)行過程中，如果控制信號(hào)降為“零”，勵(lì)磁電流仍然存在，氣隙中產(chǎn)生一個(gè)脈動(dòng)磁場，此脈動(dòng)磁場可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成。圖3-13畫出正向及反向旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子導(dǎo)體后產(chǎn)生的力矩一轉(zhuǎn)速特性曲線，以及它們的合成特性曲線。假設(shè)電動(dòng)機(jī)原來在單一正向旋轉(zhuǎn)磁場的帶動(dòng)下運(yùn)行于A點(diǎn)，此時(shí)負(fù)載力矩是。一旦控制信號(hào)消失，氣隙磁場轉(zhuǎn)化為脈動(dòng)磁場，它可視為正向旋轉(zhuǎn)磁場和反向旋轉(zhuǎn)磁場的合成，電機(jī)即按合成特性曲線3運(yùn)行。由于轉(zhuǎn)子的慣性，運(yùn)行點(diǎn)由A點(diǎn)移到B點(diǎn)，此時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了一個(gè)與轉(zhuǎn)子原來轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的制動(dòng)力矩。在負(fù)載力矩和制動(dòng)力矩的作用下使轉(zhuǎn)子迅速停止。

　　必須指出，普通的兩相和三相異步電動(dòng)機(jī)正常情況下都是在對稱狀態(tài)下工作，不對稱運(yùn)行屬于故障狀態(tài)。而交流伺服電機(jī)則可以靠不同程度的不對稱運(yùn)行來達(dá)到控制目的。這是交流伺服電機(jī)在運(yùn)行上與普通異步電動(dòng)機(jī)的根本區(qū)別。