是一台机组,由永磁同步电动机,转子位置传感器,速度传感器等组成。
1.结构
如图4-7所示,永磁同步电动机主要由三部分组成:定子,转子和检测元件(转子位置传感器和测速发电机)。其中定子有齿槽,内有三相绕组,形状与普通感应电动机的定子相同。但其外圆多呈多边行,且无外壳,以利于散热,避免电动机发热对机床精度的影响。
(a) 永磁同步电动机横剖面图 (b) 永磁同步电动机纵剖面图
图4-7 永磁同步电动机结构
图4-8 永磁交流伺服电动机的工作原理
2.工作原理
如图4-8所示,一个二极永磁转
子(也可以是多极),当定子三相绕
组通上交流电源后,就产生一个旋转
磁场,图中用另一对旋转磁极表示,
该旋转磁场将以同步转速ns旋转。由
于磁极同性相斥,异性相吸与转子的
永磁磁极互相吸引,并带着转子一起
旋转,因此,转子也将以同步转速ns与旋转磁场一起。当转子加上负载转矩之后,转子磁极轴线将落后定子磁场轴线一个θ角,随着负载增加,θ也随之增大;负载减少时,θ角也减少;只要不超过一定限度,转子始终跟着定子的旋转磁场以恒定的同步转速ns旋转。
转子速度nr=ns=60ƒ/p,即由电源频率ƒ和磁极对数p决定。
当负载超过一定极限后,转子不再按同步转速旋转,甚至可能不转,这就是同步电动机的失步现象,此负载的极限称为最大同步转矩。
3.永磁同步伺服电动机的性能
(1)交流伺服电动机的机械特性比直流伺服电动机的机械特性要硬,其直线更为接近水平线。另外,断续工作区范围更大,尤其是高速区,这有利于提高电动机的加,减速能力。
(2)高可靠性。用电子逆变器取代了直流电动机换向器和电刷,工作寿命由轴承决定。因无换向器及电刷,也省去了此项目的保养和维护。
(3)主要损耗在定子绕组与铁心上,故散热容易,便于安装热保护;而直流电动机损耗主要在转子上,散热困难。
(4)转子惯量小,其结构允许高速工作。
(5)体积小,质量小。
(四)交流调速的基本方法
由电机学基本原理可知,交流电机的同步转速为
n0=60ƒ1/P (r/min) (4-4)
异步电动机的转速为
n=60ƒ1/P(1-S)=n0(1-S) (r/min) (4-5)
式中:ƒ1——定子供电频率(HZ);
P——电机定子绕组磁极对数;
S——转差率。
由上式可见,要改变电机转速可采用以下几种方法:
(1)改变磁极对数P。这是一种有级的调速方法。它是通过对定子绕组接线的切换以改变磁极对数调速的。
(2)改变转差率调速。这实际上是对异步电动机转差率的处理而获得的调速方法。常用的是降低定子电压调速,电磁转差离合器调速,线绕式异步电动机转子串电阻离速或串极调速等。
(3)变频调速。变频调速是平滑改变定子供电电压频率f1而使转速平滑变化的调速方法。这是交流电动机的一种理想调速方法。电机从高速到低速其转差率都很小,因而变频调速的效率和功率因数都很高。