淄博職業(yè)學(xué)院《電機控制技術(shù)》課單元教學(xué)設(shè)計方案教師：序號：5.1.2授課時間授課班級上課地點教學(xué)單元名稱交流伺服電動機課時數(shù)0.5教學(xué)目標(biāo)學(xué)習(xí)交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)和控制方式培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力。教學(xué)重點交流伺服電動機的結(jié)構(gòu)教學(xué)難點交流伺服電動機的工作原理目標(biāo)群體普專教學(xué)環(huán)境實訓(xùn)室教學(xué)方法項目驅(qū)動、講練結(jié)合等時間安排教學(xué)過程設(shè)計1.結(jié)構(gòu)交流伺服電動機在結(jié)構(gòu)上類似于單相異步電動機，它的定子鐵心中安放著空間相差90o電角度的兩相繞組，一相稱為勵磁繞組，一相稱為控制繞組。電動機工作時，勵磁繞組接單相交流電壓，控制繞組接控制信號電壓，要求兩相電壓要同頻率。交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子有兩種結(jié)構(gòu)形式。一種是籠型轉(zhuǎn)子，與普通三相異步電動機籠型轉(zhuǎn)子相似，只不過在外形上更細長，從而減小了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，降低了電動機的機電時間常數(shù)?；\型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機體積較大，氣隙小，所需的勵磁電流小，功率因數(shù)較高，電動機的機械強度大，但快速響應(yīng)性能稍差，低速運行也不夠平穩(wěn)。另一種是非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子做成了杯形結(jié)構(gòu)，為了減小氣隙，在杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)還有一個內(nèi)定子，內(nèi)定子上不設(shè)繞組，只起導(dǎo)磁作用，轉(zhuǎn)子用鋁或鋁合金制成，杯壁厚0.2～0.8mm，轉(zhuǎn)動慣量小且具有較大的電阻，空心杯轉(zhuǎn)子交流伺服電動機結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-3所示。杯型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機具有響應(yīng)快、運行平穩(wěn)的優(yōu)點，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣隙大，空載電流大，功率因數(shù)較低。圖5-3空心杯轉(zhuǎn)子交流伺服電動機結(jié)構(gòu)示意圖2.工作原理交流伺服電動機的工作原理示意圖如圖5-4所示。圖5-4交流伺服電動機工作原理示意圖交流伺服電動機勵磁繞組和控制繞組在空間位置上相差90o電角度，工作時，勵磁繞組通入恒定交流電壓，控制繞組由伺服放大器供電通入控制電壓，兩個電壓的頻率相同，并且在相位上也相差90o電角度。這樣，兩個繞組共同作用在電動機內(nèi)部產(chǎn)生了一個旋轉(zhuǎn)磁場，在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下會在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和電流，轉(zhuǎn)子電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。由所學(xué)知識可知，在單相異步電動機中，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來以后，斷開起動繞組，電動機仍然能夠轉(zhuǎn)動。如果在交流伺服電動機中，控制繞組斷開后，電動機仍然轉(zhuǎn)動，那么伺服電動機就處于“自轉(zhuǎn)”狀態(tài)，這是伺服電動機所不能允許的。如何消除伺服電動機的“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象呢？只需要增加伺服電動機的轉(zhuǎn)子電阻就可以了。當(dāng)控制繞組斷開后，只有勵磁繞組起到勵磁作用，單相交流繞組產(chǎn)生的是一個脈振磁場，脈振磁場可以分解為兩個方向相反大小相同的旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻較小（臨界轉(zhuǎn)差率Sm<1）時，電磁轉(zhuǎn)矩的方向與轉(zhuǎn)速的方向相同，電動機仍然能夠轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子電阻較大（Sm≥1）時，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的方向相反，在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下，電動機能夠迅速地停止轉(zhuǎn)動，從而消除了交流伺服電動機的“自轉(zhuǎn)”。3.控制方法在交流伺服電動機中，除了要求電動機不能“自轉(zhuǎn)”外，還要求改變加在控制繞組上的電壓的大小和相位，能夠改變電動機轉(zhuǎn)速的大小和方向。根據(jù)旋轉(zhuǎn)磁動勢理論，勵磁繞組和控制繞組共同作用產(chǎn)生的是一個旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向是由相位超前的那一相繞組轉(zhuǎn)向相位滯后的那一相繞組。改變控制繞組中控制電壓的相位，可以改變兩相繞組的超前滯后關(guān)系，從而改變旋轉(zhuǎn)磁場的旋轉(zhuǎn)方向，交流伺服電動機轉(zhuǎn)速方向也會發(fā)生變化。改變控制電壓的大小和相位，可以改變旋轉(zhuǎn)磁場的磁通，從而改變電動機的電磁轉(zhuǎn)矩，交流伺服電動機轉(zhuǎn)速也會發(fā)生變化。交流電動機的轉(zhuǎn)速控制方法有幅值控制、相位控制和幅相控制三種：（1）幅值控制幅值控制是通過改變控制電壓的幅值來控制電機的轉(zhuǎn)速，而的相位始終保持不變，使控制電流與勵磁電流保持90o電角度的相位關(guān)系。如=0，則轉(zhuǎn)速為0，電動機停轉(zhuǎn)。幅值控制的接線如圖5-5所示。（2）相位控制相位控制是通過改變控制電壓的相位。從而改變控制電流與勵磁電流之間的相位角來控制電動機的轉(zhuǎn)速，在這種情況下，控制電壓的大小保持不變。當(dāng)兩相電流與之間的相位角為00時，則轉(zhuǎn)速為0，電動機停轉(zhuǎn)。圖5-5幅值控制和相位控制方式接線圖（3）幅相控制幅相控制是指通過同時改變控制電壓的幅值及與之間的相位角來控制電機的轉(zhuǎn)速。具體方法是在勵磁繞組回路中串入一個移相電容C以后，再接到穩(wěn)壓電源上，這時勵磁繞組上的電壓，如圖5-6所示?？刂评@組上加與相同的控制電壓，那么當(dāng)改變控制電壓的幅值來控制電動機轉(zhuǎn)速時，由于轉(zhuǎn)子繞組與勵磁繞組之間的耦合作用，勵磁繞組的電流也隨著轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生變化，而使勵磁繞組兩端的電壓及電容C上的電壓也隨之變化。這樣改變幅值的結(jié)果使、的幅值、它們之間的相位角以及相應(yīng)電流、之間相位角也都發(fā)生變化，所以屬于幅值和相位復(fù)合控制方式。當(dāng)控制電壓時，電動機的轉(zhuǎn)速為0，使電動機停轉(zhuǎn)。在這一種控制方式中，勵磁回路中所接的電容在選擇時要盡量使電動機起動時兩相繞組產(chǎn)生的磁動勢大小相等、相位差為90o，以保證電動機有良好的起動性能