交流伺服驱动系统

交流伺服驱动系统由交流伺服电机、PWM功率逆变器、微处理器控制器及逻辑门阵列、位置传感器、键盘及显示电路、接口电路 (包括模拟电压、数字I/O及RS232串口通信电路)、故障检测及保护电路等部分组成。

交流伺服电机可分为异步型交流伺服电机和同步型交流伺服电机两大类。用于数控机床进给控制驱动的绝大多数是永磁同步交流伺服电机。

一、永磁同步交流伺服电机的特点

(1) 可靠性高;

(2) 转子转动惯量小，快速响应性好;

(3) 有宽的调速范围，可高速运转;

(4) 结构紧凑，在相同功率下有较小的质量和体积;

(5) 散热性能好。

二、交流永磁式同步电动机原理与特点

交流永磁式同步电动机主要由定子、转子和检测元件三部分组成，其结构如图7-15所示。其定子内有三相绕组，转子由多块永久磁铁组成。交流永磁式同步电动机的工作原理如图7-16所示，当定子三相绕组通上交流电源后，产生一个旋转磁场，这个磁场将以同步转速ns旋转。根据磁极的同性相斥、异性相吸原理，定子旋转磁极吸引转子永磁磁极，并带动转子一起旋转，因此转子也将以同步转速ns的速度旋转。当转子轴加上外部负载转矩后，转子磁极的轴线与定子磁极的轴线相差一个θ角。随着负载的增加，θ角也随之增大，当负载减小时，θ角也随之减小。当负载超过一定极限后，转子不再按同步转速ns旋转，甚至可能不转，这就是同步电动机的失步现象。因此，此负载极限称为最大同步转矩。只要外负载不超过最大同步转矩，转子就会与定子旋转磁场一起旋转，设转子转速为nr，则

式中: f1——定子交流供电电源频率;

p——定子和转子的磁极对数。

图7-15 交流永磁式电动机的结构

图7-16 交流永磁式电动机的工作原理

永磁式同步电动机的优点是结构简单、运行可靠、效率高; 缺点是体积大、启动难。启动难是由于转子本身的惯量、定子与转子之间的转速差过大，使转子在启动时所受的电磁转矩的平均值为零所致。解决的办法是在设计时设法减小电动机的转动惯量，或在速度控制单元中采取先低速后高速的控制方法。若采用高剩磁感应、高矫顽力的稀土类磁铁材料后，电动机在外形尺寸、质量及转子惯量方面都比直流电动机大幅减小。

三、交流伺服电机的调速

交流伺服电机的旋转原理都是由定子绕组产生旋转磁场使转子运转。不同点是交流永磁式伺服电机的转速和外加电源频率存在严格的关系，所以电源频率不变时，它的转速是不变的; 交流感应式伺服电机由于需要转速差才能在转子上产生感应磁场，因此电动机的转速比其同步转速小，外加负载越大，转速差越大。旋转磁场的同步速度由交流电的频率来决定:频率低，转速低; 频率高，转速高。因此，这两类交流电动机的调速主要是通过改变供电频率来实现的。

基本要求: 采用调频调速时，要求在变频的同时改变定子电压U，以维持每极气隙磁通量Φm基本不变。

四、伺服驱动器的使用

连接HSV-11系列交流伺服驱动装置，如图7-17所示。

图7-17 HNC-21连接HSV-11伺服驱动实例