谁有交流伺服电机的结构原理框图

只看该作者 · 2008-2-29 10:27

    刚接手一个永磁交流伺服项目，之前只做过直流电机，想了解下这类电机的内部结构，以及旋转原理；搜了半天，找到的到处都是如下的解释，图却一个找不到：
    内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
    似乎电机旋转都是靠切割磁力线的，上面说的=没说，看了=没看，还是不知道交流伺服电机的转子是怎么旋转起来的，以及如何实现快速停止和静止状态的保持。
    谁有永磁交流伺服电机的结构图，剖面图，原理图，内部构造图之类的，能贴一下么？或者发我邮箱：yqh634@sohu.com，转贴个有图的链接也行啊，先谢过了

3万 · 2008-3-1 21:57

http://pemclab.cn.nctu.edu.tw/PELIB/%E6%8A%80%E8%A1%93%E5%A0%B1%E5%91%8A/TR-001.%E9%9B%BB%E5%8B%95%E6%A9%9F%E6%8E%A7%E5%88%B6%E7%B0%A1%E4%BB%8B/html/index.htm

3.1　交流同步馬達的工作原理

圖7　交流永磁式伺服馬達的剖面圖
永磁式交流同步伺服馬達的結構如圖7所示，由圖中可看出轉子由永久磁鐵構成，定子線圈置於外圍，容易散熱，同時由於不需要換向器，也就沒有碳刷維修的問題，因此特別適合應用於自動化製造設備。永磁式交流同步伺服馬達的工做原理可由圖8來說明，其中三相換流器(inverter)經由脈寬調變(pulsewidth modulation)在馬達之定子造成一旋轉磁場，它與轉子永久磁鐵所造成之磁場相互作用而產生旋轉扭矩。電子換相器(electronic commutator)之目的即在於使定子所造成之磁場方向與轉子永久磁鐵之磁場方向保持垂直，而產生最大之扭矩，為了達到這個目的可經由轉子位置的回授信號，再由電子換相器來達成。
如果在解角器之初級線圈施以

相位差的交流電壓

與

(如圖8所示)，則在次級線圈隨轉子旋轉之角度θ，由變壓器效應產生

之交流電壓，此交流電壓經由回授，由相位同步器將三相參考電壓

、

、轉換為

、

，其中

為激磁電壓之最大值，

為交流電壓之角頻率。

、

即為三相換流器之調變信號(modulation signal)，換流器將相位差

之三相交流電壓施於馬達之定子，如圖9所示A、B、C三相之電流分別以i_A、i_B、i_C表示，其最大值為i_m，各相電流(phase current)可表示為

　　　　　　　(2)

　　　　(3)

　　　　(4)
設B_m為轉子永久磁鐵所造磁場強度之最大值，其與馬達定子各相之電樞線圈正交磁場強度為B_A、B_B、B_C，根據轉子角度可表示為

　　　　　　　(5)

　　　　(6)

　　　　(7)
各相電樞線圈電流i_A、i_B、i_C與其所承受之磁場強度B_A、B_B、B_C分別產生之旋轉扭矩T_A、T_B、T_C可表示為

　　　　　　　(8)

　　　　(9)

　　　　(10)
其中K為比例常數。T_A、T_B與T_C分別為三相之電流與轉子之永久磁鐵所產生之扭矩，其合成扭矩T可表示為

　　　　　　(11)
各相電流(phase current)、電樞線圈所受之磁場大小、產生之扭矩、與馬達之相對位置可參考圖8。由(11)式可得知，如果經由相位同步器(phase synchronizer)使得相電流(如

)與相對應之磁場(如

)保持同步，則合成扭矩T與轉子之角度θ無關。由(11)式可知K為定值，

為轉子永久磁鐵之磁場強度亦為定值，因此T正比於各相電流之振幅i_m，由此可知，控制i_m的大小，即可控制馬達所產生之扭矩。
如前文所述，各類電動機控制的主要關鎖即在於是否能有效率且線性的控制其所產生的扭矩，永磁式交流伺服馬達之所以易於控制其關鎖即在於經由轉子位置的回授信號可得到上述之同步角，因此藉由電路或軟體控制方式，可達到解耦控制的效果，在此條件成立的狀況下，控制(11)中的電流振幅i_m，即可控制馬達所產生之扭矩。

圖8　永磁式交流伺服馬達控制方塊圖

圖9　永磁式交流伺服馬達扭矩產生之原理

3.2　交流同步馬達的變速控制

圖9所示為一典型之永磁式交流伺服驅動器的系統方塊圖，本節將說明其控制原理。速度控制迴路由速度參考電壓wr 與速度回授信號wr 比較，經由速度迴路補償器(velocity-loop compensator)D(s)產生所需求之扭矩電流

，假設D(s)為一比例積分補償器(Pi - compensator)，則

可表式為

　　　　　　(12)
扭矩電流命令

由混合器產生三相的定子電流參考訊號，此信號經由相位同步器與轉子磁場位置回授相位信號產生各相之同步參考電流訊號，再由內環路電流控制迴路產生電晶體換流器之脈寬調變信號，使得各相電流能夠追隨參考電流，電流迴路補償器可由比例積分控制器或遲滯控制器(hysteresis controller)來設計，圖10所示為一電流控制式脈寬調變換流器之系統方塊圖。
永磁式交流伺服馬達之電流控制迴路與直流伺服類似，其系統等效電路方塊圖如圖11所示，其中R_s、L_s 分別為各相電樞線圈之等效電阻與電感，K_v 為脈寬調變換流器的電壓放大增益。參考電流

經由相移位器(phase shifter)產生三相參考電流

、

，再經由電流迴路調節各相之電流，其結構與直流伺服馬達類似，系統方塊圖因而可簡化為如圖12所示之結構，圖中虛線所示部份為永磁交流伺服馬達之等效方塊圖，其迴路補償器之設計，動態響應之分析與模擬均與直流伺服馬達驅動系統相同，其中特別注意的是相位同步器之設計。

圖10　永磁式交流伺服馬達驅動器之系統方塊圖。

圖11　電流控制式脈寬調變換流器系統方塊圖

圖12　永磁式交流伺服馬達控制系統方塊圖

圖13　永磁式交流伺服驅動器系統方塊圖。