交流伺服调速原理.ppt

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§ 5-5 交流伺服电动机及控制
§ 5-5-1 概述
§ 5-5-2 交流电机的基本调速原理
§ 5-5-3 矢量变换原理
§ 5-5-4 永磁同步交流伺服电机的结构
§ 5-5-5 永磁同步交流伺服电机的数学模型
§ 5-5-6 交流伺服电机的速度控制
§ 5-5-7 交流伺服电机的位置控制
数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology
5-5 交流伺服电动机及控制
自20世纪80年代中期以来，为解决直流伺服电机电刷和换向器容易磨损、换向时会产生火花而使最高转速和使应用环境受到限制，以交流伺服电动机作为驱动元件的交流伺服系统得到迅速发展，逐渐取代了直流伺服电机，是当今全数字伺服驱动系统的发展趋势。
§ 5-5-1 概述
交流伺服电机的技术支持：
永磁材料
控制理论和技术
大功率半导体器件
微型计算机技术
大规模集成电路
数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology
5-5-1 概述
交流伺服电机的特点
永磁同步交流伺服电动机的特点：
体积小，效率高，运行可靠。
调速方便、机械特性好。
调速范围宽。
建模难度大、控制算法复杂。
异步交流伺服电机的特点：
重量轻，价格便宜。
转速随负载变化较大，低速时运动平稳性较差
静止时自锁转矩小。
数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology
1. 交流电机的速度和位置控制基础
对电机转矩控制的精度决定了电机的调速精度，也决定了电机的位置控制精度。对直流电机而言，在额定功率以下的调压控制可精确的控制转矩，因此直流伺服电机能够用于进给系统；对于主轴驱动系统的速度控制，直流电机可采用恒功率下的调磁调速。
对于交流电机而言，由于其同步转速为n=60f，因此无论对于交流永磁同步电机还是异步电机，速度调节首先必须调整旋转磁场的转速，这就是变频调速。
对位置精度要求不高的主轴驱动系统，通常采用“交流异步电机+通用变频器”调节主轴转速。
§ 5-5-2 交流电机的基本调速原理
异步交流电机
磁场同步转速：
转子转速：
电机转矩公式：
§ 5-5-2 交流电机的基本调速原理
§ 5-5 交流伺服电动机及控制
目前，交流调速中应用最广的是“交—直—交”变换，一般采用PWM逆变器。PWM调制方法有很多种，在交流电机调速中最基本、应用最广泛的调制方法是SPWM(正弦波脉宽调制)、和SVPWM（空间矢量脉宽调制），使定子产生所需的旋转磁场，进而实现交流电机的速度控制。
2、交流电机的基本调速原理
IPM
VT1
VT3
VT5
VT4
VT6
VT2
R
S
T
U
V
W
M
3 ~
开关功放
控制信号
数字控制及装备技术研究所 Institute of Numerical Control And Equipment Technology
1) SPWM基本原理
双极性调制法（单相）
VT1
VT2
调制
电路
Ud
ur
uc
L
VD1
VD2
§ 5-5-2 交流电机的基本调速原理
单相SPWM基本原理
SPWM(正弦波脉宽调制) 以三角波为载波，正弦波为调制波，其频率和幅值可调，两波形交点决定逆变器开关管状态。
单相SPWM基本原理
当调制波为正半周，当正弦波高于三角波时，VT1导通、VT2关断，使负载上得到的相电压为u0=＋Ud/2；当正弦波低于三角波时，VT1关断、VD2续流二极管释放能量，负载上的相电压为u0 = -Ud/2；实现双极性调制。
VT1
VT2
调制
电路
Ud
ur
uc
L
VD1
VD2
§ 5-5-2 交流电机的基本调速原理
三相SPWM基本原理
双极性调制法（三相）
通过改变调制波的幅值，可改 变逆变器输出电压的幅值；
通过改变调制波的频率，可改变逆变器输出基波的频率。
§ 5-5-2 交流电机的基本调速原理
SPWM变频调速系统
SPWM变频调速系统框图
5-5-2 交流电机的基本调速原理