無刷永磁伺服電動機

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1、第3章無刷永磁伺服電動機3.1概述3.2無刷直流電動機3.3正弦波永磁同步電動機及其矢量控制伺服驅(qū)動系統(tǒng)3.4無刷永磁伺服電動機與三相感應伺服電動機的比較3.1概述3.1.1無刷永磁伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)3.1.2無刷永磁電動機伺服系統(tǒng)的組成3.1.3無刷永磁伺服電動機的分類3.1.1無刷永磁伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)無刷永磁伺服電動機也稱為交流永磁伺服電動機，通常是指由永磁電動機和相應驅(qū)動、控制系統(tǒng)組成的無刷永磁電動機伺服系統(tǒng)，其本質(zhì)上是一種自控變頻同步電動機系統(tǒng)，有時也僅指永磁電動機本體。無刷永磁伺服電動機就電動機本體而言是一種采用永磁體勵磁的多相同步電動機，定子結(jié)構(gòu)與普通同步

2、電動機或感應電動機基本相同，轉(zhuǎn)子方面則由永磁體取代了電勵磁同步電動機的轉(zhuǎn)子勵磁繞組。轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的三種基本形式：轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)是無刷永磁伺服電動機與其它電機最主要的區(qū)別，對其運行性能、控制系統(tǒng)、制造工藝和適用場合等均具有重要影響。按照永磁體在轉(zhuǎn)子上位置的不同，無刷永磁伺服電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)一般可分為表面式（凸裝式）、嵌入式和內(nèi)置式三種基本形式。3.1.1無刷永磁伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)表面式轉(zhuǎn)子：典型結(jié)構(gòu)如圖3-1a）所示，永磁體通常呈瓦片形，通過環(huán)氧樹脂直接粘貼在轉(zhuǎn)子鐵心表面上。在體積和功率較小的無刷永磁伺服電動機中，也可以采用圓環(huán)形永磁體，如圖3-1b）所示，永磁體為一整體的圓環(huán)，該結(jié)

3、構(gòu)的轉(zhuǎn)子制造工藝性較好。圖3-1表面式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)b）永磁體為圓環(huán)形a）永磁體為瓦片形3.1.1無刷永磁伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)嵌入式轉(zhuǎn)子：結(jié)構(gòu)如圖3-2所示，永磁體嵌裝在轉(zhuǎn)子鐵心表面的槽中。圖3-2嵌入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)對于高速運行的伺服電動機，采用表面式或嵌入式時，為了防止離心力的破壞，常需在其外表面再套一非磁性金屬套筒或包以無緯玻璃絲帶作為保護層。3.1.1無刷永磁伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)內(nèi)置式轉(zhuǎn)子：永磁體不是裝在轉(zhuǎn)子表面上，而是位于轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部，可能的幾何形狀有多種，圖3-3給出了兩種典型結(jié)構(gòu)。圖3-3a）所示轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中永磁體為徑向充磁，在圖3-3b）所示轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中永磁體為橫向充磁。a

4、）永磁體徑向充磁b）永磁體橫向充磁圖3-3內(nèi)置式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)3.1.1無刷永磁伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)當電動機極數(shù)較多時，徑向充磁結(jié)構(gòu)受到永磁體供磁面積的限制，不能提供足夠的每極磁通，而橫向充磁結(jié)構(gòu)由于相鄰磁極表面極性相同，每個極距下的磁通由相鄰兩個磁極并聯(lián)提供，可得到更大的每極磁通。橫向充磁結(jié)構(gòu)的不足之處是漏磁系數(shù)較大，且轉(zhuǎn)軸上需采取適當?shù)母舸糯胧?，如采用非磁性轉(zhuǎn)軸或在轉(zhuǎn)軸上加非磁性隔磁襯套，使制造成本增加，制造工藝變得復雜。三種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的比較表面式的特點：表面式結(jié)構(gòu)的電機交、直軸電感相等，是一種隱極式同步電動機；由于有效氣隙較大，繞組電感低，有利于改善電機的動態(tài)性能；可使轉(zhuǎn)子做

5、的直徑小，慣量低。因此許多無刷永磁伺服電動機都采用這種結(jié)構(gòu)。3.1.1無刷永磁伺服電動機的基本結(jié)構(gòu)嵌入式和內(nèi)置式的特點：交、直軸磁路磁阻是不相等的。內(nèi)置式轉(zhuǎn)子的交、直軸磁路如圖3-4所示。直軸磁路磁阻大于交軸磁路磁阻，因此內(nèi)置式和嵌入式轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的無刷永磁伺服電動機屬于凸極同步電動機。a）直軸磁通路徑b）交軸磁通路徑圖3-4內(nèi)置式無刷永磁伺服電動機的交、直軸磁路注意：電勵磁凸極同步電動機中直軸磁路磁阻小于交軸磁路，因此直軸同步電抗Xd（電感Ld）大于交軸同步電抗Xq（電感Lq），而永磁同步電動機中正好相反，其交、直軸繞組電感的關(guān)系是Lq?Ld。3.1.2無刷永磁電動機伺服系統(tǒng)

6、的組成無刷永磁伺服電動機通常由變頻電源供電由恒頻電源供電的永磁同步電動機僅適用于在要求恒速運轉(zhuǎn)的場合作為驅(qū)動電機使用。為了解決電動機的起動問題，其轉(zhuǎn)子上需裝設籠型起動繞組（阻尼繞組），利用籠型繞組感應產(chǎn)生的異步轉(zhuǎn)矩將電動機加速到接近同步速，然后由永磁體產(chǎn)生的同步轉(zhuǎn)矩將轉(zhuǎn)子牽入同步。對于伺服電動機而言，一個基本要求是其轉(zhuǎn)速能在寬廣的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)，因此無刷永磁伺服電動機通常由變頻電源供電，采用變頻調(diào)速技術(shù)實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。變頻電源供電的永磁同步伺服電動機，由于供電電源頻率可以由低頻逐漸升高，可以直接利用同步轉(zhuǎn)矩使電動機起動，故轉(zhuǎn)子上一般不設阻尼繞組。3.1.2無刷永磁電動機伺服系

7、統(tǒng)的組成同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)的基本類型根據(jù)變頻電源頻率控制方式的不同，同步電動機變頻調(diào)速系統(tǒng)可以分為他控變頻和自控變頻兩大類。他控變頻：用獨立的變頻裝置給同步電動機供電，通過直接改變變頻裝置的輸出頻率調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，是一種頻率開環(huán)控制方式。自控變頻：所用的變頻電源是非獨立的，變頻裝置輸出電流（電壓）的頻率和相位受反映轉(zhuǎn)子磁極空間位置的轉(zhuǎn)子位置信號控制，是一種定子繞組供電電源的頻率和相位自動跟蹤轉(zhuǎn)子磁極空間位置的閉環(huán)控制方式。由于電動機輸入電流的頻率始終和轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速保持同步，采用自控變頻方式的同步電動機不會產(chǎn)生振