两相直流伺服电动机的使用注意事项

信息发布来源：直线步进电机供应商振合机电

(1)sL系列两相交流伺服电动机简介。sL系列两相交流伺服电动机是我国自行设计和制造的，为笼型转子两相交流伺服电动机。有12mm、20mm、28mm、36mm、45mm、55mm、70mm、90mm八种机座号的机壳外径尺寸。频率50Hz的为2极和4极电机；频率为4。oHz的为4级、6极和8极电机。励磁相与控制相是对称设计的。频率50Hz安排20～90机座号，输出功率范围为O 1～25w；频率400Hz安排12～70机座号，输出功率范围为O.16～20w。
sL系列两相交流伺服电动机皆为封闭式结构，12～24机座号为不锈钢机壳，其余机座号均为铝合金机壳；12～24机座号为端部止口及凹槽安装，28～45机座号为端部大止口及凹槽安装，55～90机座号为端部外圈及凸缘安装或外圆套筒安装。
电动机轴伸为单轴伸，55及以下机座号基本轴伸为光轴伸，70、90机座号基本轴伸为半圆键键槽轴伸。
电动机出线方式分引出线式和接线板式两种，28及以下机座号为引出线式，36及以上机座号采用接线板式。采用引出线方式．出线标记用不同颜色表示；采用接线板式，出线标记用数字表示。
(2)接线方式。sL系列两相交流伺服电动机可以有在励磁相电路和控制相电路都不接移相电容器、励磁相电路串联及并联移相电容器、励磁相电路串联移相电容器、两相的电路都有移相电容器等4种线路。线路的接线图和向量图见图3-3-l5。

在没有电容器的线路内，控制相电路电压uLK、相对于励磁相电路电压ULK相位相差90°此时励磁绕组电压uL等于ULL．控制绕组电压UK等于ulk，励磁绕组电流IL控制绕组电流IK相对于电压uL和uK分别滞后一个角度ψL和ψK，IL同IK正交。SL系列两相交流伺服电动机由于励磁相和控制相是对称设计的，在两相对称电时，ψL=ψK；当两相不对称供电时，ψL和ψK之间差别也不大。这种情况在伺服系统的控制线路中往往采用电子移相网络予以实现，通过移相网络供电给伺服放大器。伺服放大器的输出供给交流伺服电动机的控制绕组，见图3-3-16。
在励磁相电路有移相电容器的线路内，uLK同相，相．uL则借助于经过适当选择的串联电容器cL．相对于ULL超前90°。UK=ULK,IL同电容器电压Uc正交且与IK正交。这种情况在伺服系统的控制线路中不需引入电子移相网络，见图3-3-17.

在两相电路都有移相电容器的线路内，uLL同uLK同相位，uL和UK.借助于电容器CL和cK相对于uLK和ULK具有超前的相位移。IL同uCL正交。IK与UCK正交，且UL与UX，IL与IK均正交。
在励磁相电路串联及并联移相电容器的线路，大都是在下列两种情况下使用：
①当伺服电动机励磁电路的供电电压高于额定励磁电压时，相当于起到降压变压器的作用。
②当伺服电动机励磁相和控制相是对称设计的，两相为同一电压供电，而且为了获得圆形旋转磁场时。
(3)移相电容器电容值的选择。国内外生产的交流伺服电动机绝大部分是两相绕组对称的。出厂试验的技术指标和参数是在加于两相绕组端电压基波间的相位移为90°的电源条件下测得的。但在使用中通常不具备这种电源，普遍采用在伺服电动机励磁相电路中串联移相电容器或者串联及并联移相电容器。
①励磁相电路中串联移相电容器电容的选择。设励磁绕组输入阻抗zL=RL+JXL该阻抗在励磁绕组单独供电的情况下用试验方法测得：

(4)控制绕组同伺服放大器的连接。伺服放大器常用的输出方式有两种：一种是通过输出变压器连接控制绕组一种是先由一对功率管进行推挽功率放大大器有3个输出端头，见图3-3-19。

为了减少伺服放大器的负担，可以在控制绕组两端并联一个电容器以补偿无功电流，提高控制相的功率因数。并联电容器可在控制电压最大时确定。通常是使控制相电路产生并联谐振，功率因数接近于，这样伺服放大器只输出有功电流。实现并联谐振所需的电容量可用图3-3-18所示的实验
方法确定；
必须指出：当控制电压消失时控制绕组可看成是通过并联电容器短接，有可能容易发生单相运转现象（自转现象)。因为这是对交流伺服电动机发生单相运转现象的最不利的情况。所谓单相运转是指当控制绕组两端电压为零时伺服电动机继续运转。这是使用中不希望的。另外，在堵转时为使
控制相功率因数为1。而在控制绕组两端并联一个电容器，还会使机械特性．非线性度进一步增大.导致高转矩时削弱阻尼，从而影响系统稳定。这也是使用中不希望的。所以，一般伺服放大器都
采用负反馈方式来降低内阻抗。
(5)控制绕组电源阻抗对特性的影啊。如果交流伺服电动机控制绕组无论在什么负载转矩情况下均由恒压电源供电，保证准确的电压．电动机的特性是不变的。实际上交流伺服电动机控制绕组是由伺服放大嚣供电．伺服放大器可看成具有一定内阻的交流电源，伺服放大器同控制绕组组成的等值电路图见图3-3-20.

若ZF同一个数量级或者Zf>Zk时，则此电路具有恒流源性质。在这种电源下，由于负载阻抗的变化，会引起加在负载阻抗两端电压的变化。事实上，交流伺服电动机从堵转状态到空载状态．其输入阻抗是变化的，随转速的上升而增大。这样一来，实际上加到控制绕组上的电压uk也随着增大，使得对应负载力矩的转速相应提高，但是空载转速相剥说来几乎不变化。最后结果是机械特性曲线中间向上凸起．更加偏离线性关系，特别是对低控制电压和低速段影响更大。
电动机在低速段阻尼系数变小，从而影响系统的稳定，同时还容易发生单相运转。因此，应使伺服放大器的输出阻抗尽量比伺服电动机的输入阻抗小但有时会引起阻抗不匹配．使功率传递关系变差，这就要增大伺服放大器的功率增益。因此．要根据具体情况进行权衡考虑。为了减小伺服放大器
内阻抗．可在伺服放大器末级(功率输出级)加电压负反馈。
(6)控制功率与励磁功率之间的调整。在使用中往往希望驱动装置的输出功率为最大值，而放大器提供的输入到伺服电动机的控制功率为最小值。对于选择伺服电动机而言，重要的是要知道随着控制功率的变化，电动机的技术性能如何变化。输人伺服电动机的总功率、一般可看成两部分：其一是由
网络输入的励磁相输入功率PL其二是南放大器提供的控制相输入功率Pk。在温升条件所容许的电动机总损耗保持不变的情况下，可以在PL和

(7)使用中引起单相运转现象的因素。不发生单相运转现象是伺服系统对交流伺服电动机的基本要求之一。当控制电信号一旦取消(即控制电压为零)，交流伺服电动机处于单相供电时应具有足够的自制动能力，不应发生转动。发生单相运转现象有设计参数选择的原因．也有制造工艺缺陷的原因，还有使用方面的原因。对于输出功率小于5w的交流伺服电动机，在设计参数的选择上就使其具有较强的自制动能力；对于输出功率大于10w的交流伺服电动机，在设计参数的选择上要注意：力能指标不能太低、要有良好的动态性能以及温升不宜太高，因此使得自制动能力相对有所减弱。制造中若定子绕组存在匝间短路或铁心片间短路，会使电机在单相供电时形成椭圆旋转磁场，致使电机发生工艺性单相运转现象。
一台经出厂试验合格的交流伺服电动机在使用中还有可能会发生单相运转现象。因为交流伺服电动机单相运转现象还同控制信号取消时控制绕线在电路中的情况、伺服放大器内阻抗的大小、控制电压中存在的干扰电信号所引起的基波分量和高次谐波分量等等因素有关。
若控制绕组直接连接到伺服放大器功放管输出级，在控制电压消失时，由于功放管的内阻甚大，控制绕组相当于开路情况；若伺服放大器输出级采用输出变压器同控制绕组连接方式，当控制电压消失时，控制绕组通过输出变压器短接，而输出变压器阻抗很小，控制绕组相当于短路情况(控制绕组
由磁放大器供电也是这种情况)；当控制绕组直接连接到伺服放大器功率管输出极，且控制绕组两端并联有电容器，在控制电压消失时，控制绕组通过电容器短接。
分析表明：对交流伺服电动机而言，控制绕组两端直接短接，最不容易发生单相运转现象；若交流伺服电动机在控制绕组开路情况下不发生单相运转现象，当控制绕组两端直接或通过纯电阻或电感性阻抗短接时就一定不会发生单相运转现象，但不能保证当控制绕组两端通过电容性阻抗短接而不发生单相运转的现象。前面曾经提到过，控制绕组两端通过电容器短接是对交流伺服电动机正常运转最不利的情况。如果产品选择不当，电动机在控制绕组两端开路或短路时虽然都不发生单相运转现象，但通过电容器短接时就有可能会发生单相运转现象。这说明电动机单相供电的自制动能力还不够。
在实际使用中，对于已选定的某一交流伺服电动机而言，取消控制电信号后，若伺服放大器阻抗越大，在控制绕组在电路中开路(或通过电容器短接)时，电动机就越容易发生单相运转现象。
在实际使用中，交流伺服电动机控制绕组两端除了加有控制电信号输入的电压外，还附加有一些干扰电信号的电压，例如：由自整角变压器、旋转变压器、交流测速发电机等信号元件的剩余电压或零位电压就是这类附加的干扰电信号所引起的电压。这些干扰电信号的电压的基波分量和高次谐波分
量会影啊伺服电动机的运行。
若基波分量同控制电压相位移相差90°时，如果伺服电动机励磁电压与控制电压之间相位相差90°，那么，基波分量同励磁电压之间相位相差0。或180°。当控制电压消失时，这些基波分量在电动机铁心和绕组中产生附加的铁耗和铜耗，使电动机过热。如果励磁电压同控制电压之间相位移不是正好相差90°，那么，基波分量同励磁电压之间相位相差不是0°或180°，这时，当控制电压消失时，基波分量同励磁电压形成旋转磁场，有可能使伺服电动机不停止运动，发生误动作。同样，若基波分量同控制电压相位相差O°时，那么交流伺服电动机也有可能发生单相运转现象。所以，要使伺服放大器将基波分量补偿掉。
由于信号元件、伺服放大器及交流伺服电动机本身均为非线性元件以及供电电压的失真等原因，因此控制电压和励磁电压均存在不同程度的高次谐波，特别是
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