两相交流伺服电动机选型
1、选型的基本原则和对伺服电动机的要求
主要是根据系统(装置)的使用性能指标要求和环境条件，来选择能满足萁功能的不同结构类型的交流伺服电动机。
伺服电动机应能满足负载运动的要求，提供足够的转矩和功率，使负载达到要求的运行性能；能快速趁停，保证系统的陕速运动；有较宽的讽速范围，调速线性度好；电机本身的消耗功率小、体积小、质量轻。
2、伺服电动机的性能比较
两相交流伺服电动机具有较宽的调速范围，摩擦转矩小，比较灵敏，在随动系统和调速系统中被广泛使用。鼠笼型和非磁性杯型两相交流伺服电动机比较见表3-3-1。
表3 3—1 笼型和非磁性杯型两相交流伺服电动机比较
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┃ 种类 ┃ 优点 ┃ 缺点 ┃
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┃ ┃利用率高，体积小，质量轻，机 ┃有齿槽黏合观象，影响始动电压 ┃
┃ 笼型 ┃械强度高，可靠性高，制造成 ┃的降低，低速运转时不够平滑， ┃
┃ ┃本低 ┃有抖动现象 ┃
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┃ ┃转子惯性小，运转平滑，无抖动 ┃ ┃
┃非磁性杯型 ┃ ┃利用率低，体积大，制造成本高 ┃
┃ ┃现象，始动电压低 ┃ ┃
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笼型两相交流伺服电动机的优点较多，应用也很广泛。非磁性杯型交流伺服电动机主要用于对****输出转矩要求不高或者要求始动电压小的场合。
在伺服系统的方案选择中，作为系统的执行元件，往往会遇到可以选用交流伺服电动机，也可以选用直流伺服电动机的情况。这就要根据两种电机的各自特点及使用时的具体情况进行分析、比较，从而合理选用。
普通交流伺服电动机同普通直流伺服电动机的比较见表3-3-2。
3、两相交流伺服电动机的主要技术指标
(1)额定频率。额定频率是指控制电压和励磁电压的标定频率。我国一般工业用标定额率50Hz，航空用的标定频率为400Hz。
袁3-3-2交流伺服电动机同直流伺服电动机比较
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┃ 种类 ┃ 优点 ┃ 缺点 ┃
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┃ ┃①转于惯量小．响应块，始动电 ┃ ┃
┃ ┃压低，灵敏度高 ┃ ┃
┃ ┃②结构简单，维护方便，成本低 ┃ ┃
┃ ┃③机械强度高，可靠性高 ┃①机械特性线性度差 ┃
┃ 交流俺服 ┃④寿命长 ┃②单位体积输出功率小 ┃
┃ 电动机 ┃⑤不会产生无线电波干扰 ┃③可能出现“自转” ┃
┃ ┃⑥使用交流伺服放大器无“零点 ┃④不适用大功率随动系统作执 ┃
┃ ┃飘移”现象结构简单体积小 ┃行元件 ┃
┃ ┃⑦适合于小功率随动系统作执行 ┃ ┃
┃ ┃元件 ┃ ┃
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┃ ┃ ┃①始动电电压高．灵敏度低 ┃
┃ ┃①机械特性线性度好 ┃②结构复杂维护麻烦，成本高 ┃
┃ 直流伺服 ┃②单位体积输出功率大 ┃③机械强度低可靠性劳 ┃
┃ ┃③无"自转” ┃④寿命短 ┃
┃ 电动机 ┃ ┃ ┃
┃ ┃④适合于功率随动系统作执行 ┃⑤会产生无线电波干扰 ┃
┃ ┃元件 ┃⑥使用直流伺服放大器有“零点 ┃
┃ ┃ ┃漂移”现象．结构复杂，体积大 ┃
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(2)额定电压。额定电压是指施加在控制相和励磁相的电压的****值。当控制相为两部分时， 一般表示串联时的数值。我国一般工业用50Hz时为20V、36V、110V、220V、400Hz时为26v、36V．115V。
(3)堵转电流。堵转电流在额定频率、额定电压下两相运行或电容分相在额定电容值下运转，转子堵转时通过控制相或励磁相的电流。
(4)堵转转矩，堵转转矩在额定频率、额定电压下，两相运转或电容分相在额定电容值下运转，转子堵转时所产生的转矩。
(5)空载转速。空载转速在额定频率、额定电压下两相运转或电容分相在额定电容值下运转，空载状态叫的稳态转速。两相交流伺服电动机空载转速低于同步转速。同步转速计算公式如下：
式甲：f为频率(Hz)；p为极对数。
(6)****输出功率.****输出功率是在额定频率、额定电压下两相运转 或电容分相在额定电容值下运转时产生的输出功率的****值。其值按下式三转速和转矩之积求得：
式中：M为转矩(N·m)；n为转速 (7) 转动惯量。转动惯量指转子转动惯量用对于转轴中心的转动惯量表示。对于启动和停止频繁的使用场合，转动惯量和时间常数是表示加速性能的重要指标。
(8)时间常数。时间常数指在空载和额定励磁条件下，加以阶跃的额定控制电压，转速从零升到空载转速的63 2％所需的时间。时间常数表示伺服电动机的过渡过程特征。时间常数愈小，表示电动机的快速反应性能愈好。若视机械特性为线性关系，时间常数计算公式为：
(9)理论加速度。理论加速度指堵转转矩与转动惯量之比。通常和时间常数一起表示电动机的加速性能。若视机械特性为线性关系，理论加速度计算公式为
式中的Md与J的物理意义同前
(10)阻尼系数。阻尼系数指伺服电动机机械特性曲线斜率的负值。若视机械特性为线性关系，阻尼系数计算公式为：
式中的Md与n0的物理意义同前。
实际上伺服电动机是在较低的控制电压下运行，因此伺服电动机的阻尼较小。在控制电压为零时只有按上式求得数值的l／2 。
(11)滑行时间。滑行时间指伺服电动机运行于空载转速时，从两相电源同时切断到电机停转的时间。滑行时间长短反映轴承质量和装配质量。通常要求滑行时间不得小于某一规定时间。
(12)反转时间。反转时间指伺服电动机运行于空载转速时，当控制相电压反向后，电机到达反向空载转速成的63．2％所需的时间。通常反转时常数的1.69倍
(13)空载使动电压。空载始动电压指伺服电动机在额定励磁和空载条件下，使转子在任意位置开始连续旋转所需的最小控制电压。空载使动电压大小反映轴承质量，定、转子同轴度好坏，轴承配合好坏，轴承油脂的质量以及装配质量。表示伺服电动机的灵敏度。一般不大于额定控制电压的3％；若带有齿轮头不大于5％。
(14)转矩系数。由于伺服电动机的机械特性是非线性的．因此，在任意的工作点，转矩的变化对控制电压幅值变化之比，通常不是常数。但是，对堵转转矩随控制电压幅值的变化可看成正比例的变化。所以转矩系数是指堵转转矩同控制电压幅值之比，计算公式为：
式中：Md为堵转转矩(N·m)；uK为控制电压(V)。
(15)速度系数。为了说明伺服电动机追随平滑变化(非阶跃变化)控制信号的能力，需要了解转速同控制电压之间的变化关系。由于伺服电动机调节特性是非线性的．因此，在任意的工作点，转速的变化对控制电压幅值变化之比，通常不是常数。我们规定空载转速同控制电压幅值之比为速度系数，计算公式为：
(1 6)温升。由于伺服电动机在设计时选取相当大的转子电阻，以便得到从零到空载转速范围内能平滑、稳定调速的机械特性。因此，运行时要消耗很大功率，大部分时间处于控制电压为零而威磁相加额定电压的静止状态，容易引起较高的温升。进行温升试验时，先将电机安装在标准安装板上，根据技术要求，在堵转状态下，在其一相或两相加以额定电压。我国的伺服电动机可以+40+55℃、十70℃、+85℃、+125℃等级的环境温度下工作．并保证绕组温度不超过所使用绝缘材料的温度等级。
(17)电容：伺服电动机在幅值控制时，通常是在励磁相串联移相电容， 应该注意的是．由于伺服电动机绕组的阻抗是随转速而变化的，因此，在某一转速下获得90°相位移，而在另一转速下的位移将偏离90°相位移。一般对输出功率为5w以下的伺服电动机通常在堵转时确定90°的相位移对于输出功率大于5w的，在****输出功率的转速下确定90°的相位移。
4、两相交流伺服电动机常用的控制方式
两相交流伺服电动机常用的控制方式有幅值控制、相位控制和幅相控制，见图3-3-6。
(1)幅值控制见图3—3—6(b)，励磁电压为常数，保持控制电压与励磁电压的时间相位差90。，改变控制电压的幅值，即可实现对电动机的控制。
(2)相位控制见图3 3 6(b)，若励磁电压和控制电压的幅值保持不至，使两相电压的相位差在0°～±90°之间变化，即可实现对电动机的控制。
(3)幅相控制见图3-3-6(a)，在励磁绕组中串接一个电容，这时的励磁电压为外接电源电压与电容电压之差，控制电压与外接电源电压相位相同。在改变控制电压的幅值而对电动机实行控制的同时，由于转子绕组的耦合作用，励磁绕组中电流要发生变化。因此，励磁电压和控制电压之间的幅
值及相位都要随之改变，实质上它是幅值和相位的复合控制方式。这种控制是利用电容分相，不需要复杂的移相装置，成本低廉，是常用的一种控制方式。
三种控制方式比较见表3-3-3。
表3—3—3三种不同控制方式的比较
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┃ ┃ ┃ ┃机械特性 ┃调节特性 ┃输出 ┃ ┃电动机 ┃
┃ 控制方式 ┃控制线路 ┃控制功率 ┃ ┃ ┃ ┃效率 ┃ ┃
┃ ┃ ┃ ┃非线性度 ┃非线性度 ┃功率 ┃ ┃ 温升 ┃
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┃ 幅值控制 ┃ 一般 ┃ 小 ┃ 中 ┃ 大 ┃ 中 ┃ ┃ 低 ┃
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┃ 相位控制 ┃ 复杂 ┃ 大 ┃ 小 ┃ 中 ┃ 小 ┃ 低 ┃ ┃
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┃幅相(电容) ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃ ┃
┃ 控制 ┃ 简单 ┃ 小 ┃ 大 ┃ 小 ┃ 大 ┃ 中 ┃ 中 ┃
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