交流伺服電機的基本結構與工作原理

交流伺服電機通常都是單相異步電動機，有鼠籠形轉子和杯形轉子兩種結構形式。與普通電機一樣，交流伺服電機也由定子和轉子構成。定子上有兩個繞組，即勵磁繞組和控制繞組，兩個繞組在空間相差90°電角度。固定和保護定子的機座一般用硬鋁或不銹鋼制成。籠型轉子交流伺服電機的轉子和普通三相籠式電機相同。杯形轉子交流伺服電機的結構如圖3-12由外定子4，杯形轉子3和內定子5三

部分組成。它的外定子和籠型轉子交流伺服電機相同，轉子則由非磁性導電材料（如銅或鋁）制成空心杯形狀，杯子底部固定在轉軸7上。空心杯的壁很薄（小于0.5mm），因此轉動慣量很小。內定子由硅鋼片疊壓而成，固定在一個端蓋1、

8上，內定子上沒有繞組，僅作磁路用。電機工作時，內﹑外定子都不動，只有杯形轉子在內、外定子之間的氣隙中轉動。對于輸出功率較小的交流伺服電機，常將勵磁繞組和控制繞組分別安放在內、外定子鐵心的槽內。交流伺服電機的工作原理和單相感應電動機無本質上的差異。但是，交流伺服電機必須具備一個性能，就是能克服交流伺服電機的所謂“自轉”現象，即無控制信號時，它不應轉動，特別是當它已在轉動時，如果控制信號消失，它應能立即停止轉動。而普通的感應電動機轉動起來以后，如控制信號消失，往往仍在繼續轉動。當電機原來處于靜止狀態時，如控制繞組不加控制電壓，此時只有勵磁繞組通電產生脈動磁場。可以把脈動磁場看成兩個圓形旋轉磁場。這兩個圓形旋轉磁場以同樣的大小和轉速，向相反方向旋轉，所建立的正、反轉旋轉磁場分別切割籠型繞組（或杯形壁）并感應出大小相同，相位相反的電動勢和電流（或渦流），這些電流分別與各自的磁場作用產生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩為零，伺服電機轉子轉不起來。一旦控制系統有偏差信號，控制繞組就要接受與之相對應的控制電壓。在一般情況下，電機內部產生的磁場是橢圓形旋轉磁場。一個橢圓形旋轉磁場可以看成是由兩個圓形旋轉磁場合成起來的。這兩個圓形旋轉磁場幅值不等（與原橢圓旋轉磁場轉向相同的正轉磁場大，與原轉向相反的反轉磁場小），但以相同的速度，向相反的方向旋轉。它們切割轉子繞組感應的電勢和電流以及產生的電磁力矩也方向相反、大小不等（正轉者大，反轉者小）合成力矩不為零，所以伺服電機就朝著正轉磁場的方向轉動起來，隨著信號的增強，磁場接近圓形，此時正轉磁場及其力矩增大，反轉磁場及其力矩減小，合成力矩變大，如負載力矩不變，轉子的速度就增加。如果改變控制電壓的相位，即移相180o，旋轉磁場的轉向相反，因而產生的合成力矩方向也相反，伺服電機將反轉。若控制信號消失，只有勵磁繞組通入電流，伺服電機產生的磁場將是脈動磁場，轉子很快地停下來。為使交流伺服電機具有控制信號消失，立即停止轉動的功能，把它的轉子電阻做得特別大，使它的臨界轉差率Sk大于1。在電機運行過程中，

如果控制信號降為“零”，勵磁電流仍然存在，氣隙中產生一個脈動磁場，此脈動磁場可視為正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成。圖3-13畫出正向及反向旋轉磁場切割轉子導體后產生的力矩一轉速特性曲線1、2，以及它們的合成特性曲

線3。圖3-13b中，假設電動機原來在單一正向旋轉磁場的帶動下運行于A點，此時負載力矩是。一旦控制信號消失，氣隙磁場轉化為脈動磁場，它可視為正向旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成，電機即按合成特性曲線3運行。由于轉子的慣性，運行點由A點移到B點，此時電動機產生了一個與轉子原來轉動方向相

反的制動力矩。在負載力矩和制動力矩的作用下使轉子迅速停止。必須指出，普通的兩相和三相異步電動機正常情況下都是在對稱狀態下工作，不對稱運行屬于

故障狀態。而交流伺服電機則可以靠不同程度的不對稱運行來達到控制目的。這是交流伺服電機在運行上與普通異步電動機的根本區別。