无刷永磁伺服电动机1

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1、第3章无刷永磁伺服电动机3.1概述3.2无刷直流电动机3.4无刷永磁伺服电动机与三相感应伺服电动机的比较3.1概述一、无刷永磁伺服电动机的基本结构二、无刷永磁电动机伺服系统的组成三、无刷永磁伺服电动机的分类一、无刷永磁伺服电动机的基本结构无刷永磁伺服电动机也称交流永磁伺服电动机，通常指由永磁电动机、相应驱动、控制系统组成的无刷永磁电动机伺服系统，其本质上是一种自控变频同步电动机系统。无刷永磁伺服电动机定子结构与普通同步电动机或感应电动机基本相同，转子方面则由永磁体取代了励磁绕组。1、转子结构的三种基本形式：转子结构是无刷永磁伺服电动机与其它电机最主要的区别，对其运行性

2、能、控制系统、制造工艺、适用场合等均具有重要影响。按照永磁体在转子上位置的不同，无刷永磁伺服电动机的转子结构一般可分为表面式、嵌入式和内置式三种基本形式。表面式转子：典型结构如图a，永磁体常呈瓦片形，通过环氧树脂直接粘贴在转子铁心表面上。在体积、功率较小的无刷永磁伺服电动机中，也可用整体圆环形永磁体，该结构转子制造工艺性较好。b）永磁体为圆环形a）永磁体为瓦片形嵌入式转子：结构如图，永磁体嵌装在转子铁心表面的槽中。图3-2嵌入式转子结构对于高速运行的伺服电动机，采用表面式或嵌入式时，为防止离心力的破坏，常在其外表面再套一非磁性金属套筒或包以无纬玻璃丝带作为保护层。内置

3、式转子：永磁体不是装在转子表面上，而是位于转子铁心内部，可能的几何形状有多种。图a所示转子结构中永磁体为径向充磁，图b转子结构中永磁体为横向充磁。a）永磁体径向充磁b）永磁体横向充磁当电动机极数较多时，径向充磁结构受永磁体面积限制，不能提供足够的每极磁通。而横向充磁结构由于相邻磁极表面极性相同，每个极距下的磁通由相邻两个磁极并联提供，可得到更大的每极磁通。横向充磁结构不足：漏磁系数较大，且转轴上需采取适当的隔磁措施，如采用非磁性转轴或在转轴上加非磁性隔磁衬套，使制造成本增加，制造工艺复杂。2、三种转子结构的比较表面式的特点：电机交、直轴电感相等，是一种隐极式同步电动机

4、；有效气隙较大，绕组电感低，有利于改善电机的动态性能；转子直径小，惯量低。因此多用这种结构。嵌入式和内置式的特点：交、直轴磁路磁阻不相等。直轴磁路磁阻大于交轴磁路磁阻，因此内置式和嵌入式转子结构的无刷永磁伺服电动机属于凸极同步电动机。a）直轴磁通路径b）交轴磁通路径图3-4内置式无刷永磁伺服电动机的交、直轴磁路二、无刷永磁电动机伺服系统的组成1、无刷永磁伺服电动机通常由变频电源供电由恒频电源供电的永磁同步电动机仅适用于恒速场合。为解决起动问题，转子上需设笼型起动绕组，利用笼型绕组感应产生的转矩将电机加速到近同步速，然后由永磁体的同步转矩将转子牵入同步。伺服电动机，要求

5、转速大范围连续调节，因此无刷永磁伺服电动机常由变频电源供电，变频调速。由于电源频率可由低逐渐升高，可直接利用同步转矩起动，转子一般不设阻尼绕组。2、同步电动机变频调速系统的基本类型根据变频电源频率控制方式的不同，同步电动机变频调速分为他控变频、自控变频。他控变频：用独立变频器给电机供电，通过直接改变变频器的输出频率调节电机的转速，是开环控制方式。自控变频：变频电源非独立的，变频装置输出电流频率、相位受转子位置信号控制，是闭环控制方式。电动机输入电流的频率和转子转速保持同步，自控变频的同步电动机不会产生振荡和失步现象。3、无刷永磁电动机伺服系统的组成他控变频同步电动机存

6、在振荡、失步等问题，因此无刷永磁伺服电动机常用自控变频方式，构成的伺服系统如图。图3-5无刷永磁电动机伺服系统的组成组成：主要由永磁同步电动机MS、转子位置检测器BQ、逆变器和控制器组成。工作原理：由位置检测器产生转子磁极空间位置信号，并将其提供给控制器；控制器根据控制信号和转子位置信号，产生逆变器中各功率开关器件的通断信号；由逆变器将输入直流信号转换成相应频率和相位的交流信号，供给伺服电动机。逆变器通常由电力MOSFET、IGBT等全控型器件构成，并采用脉宽调制技术PWM的逆变器，可以直接将输入的不可调直流电压变成频率和大小均可调的交流电输出。在输入为交流电源的场合

7、，可整流、滤波后，作为直流电源提供给逆变器。三、无刷永磁伺服电动机的分类1、无刷永磁伺服电动机的分类无刷直流电动机：定子绕组中的感应电动势为梯形波，定子绕组中应通入方波电流，因此无刷直流电动机也称梯形波永磁同步电动机或方波永磁同步电动机。正弦波永磁同步电动机：简称永磁同步电动机，定子绕组感应电动势为正弦波，为了产生恒定转矩，定子绕组应通入正弦波电流。2、两种电动机在结构上的差别无刷直流电动机：为得到平顶部分足够宽的梯形波感应电动势，转子常采用表面式、嵌入式结构，转子磁钢呈瓦形，并采用径向充磁方式。内置式转子很难产生梯形波感应电动势，无刷直流电动机中一