交流伺服电机的工作原理

    交流伺服电机是一种微型交流异步电动机，其结构与一般异步电动机相似，但在特点上有很大差别，具有转速一转矩曲线近似于直线的良好的控制性能。交流伺服电机的功率范围一般为0.1～100 W。图2.57(a)所示为四线式交流伺服电机的控制方式，共有丽个绕组，其一为励磁绕组，另一为控制绕组。当控制绕组中控制电压的高低或相位发生变化时，伺服电机转子的转速与转向将随之发生变化。

    图2. 57    交流伺服电机

   1-励磁绕组；2-控制绕组；3-内定子；4-外定子；5-转子

    交流伺服电机的转子结构有笼形转子和非磁性杯形转子（也称为空心杯形转子）两种。

    笼形转子细而长，励磁电流和体积较小，机械强度大，运行可靠，价格低，相同体积与重量情况下所产生的启动转矩及输出功率大于杯形转子交流伺服电机，能在较恶劣的条件下可靠地工作，所以应用较为广泛；缺点是转子转动惯性较大，低速运行时不够平稳。

    图2. 57(b)所示为杯形转子交流伺服电动机的结构。与笼形转子相比较，空心杯形转子惯量小，轴承摩擦阻矩小，由于它的转子没有齿和槽，所以定、转子间没有齿槽黏合现象，转矩不随轴的位置而发生变化，低速旋转时，转轴一般不会有抖动现象，运转平稳。但是由于其内：外定子间气隙较大，所需励磁电流就大，因而降低了电动机的功率利用率。另外，杯形转子伺服电机结构和制造工艺比较复杂，只有在要求运转非常平稳的某些特殊场合才采用空心杯形转子伺服电机。与普通直流伺服电机相比较，交流伺服电机的特点是它不需要电刷和换向器，因而避免了由于存在电刷和换向器而引起的一系列弊病。此外，它的转动惯量、体积和质量一般来说也较小。其缺点是：输出功率和转矩较小；转矩特性和调节特性的线性度不及直流伺服电机好；其效率也较直流伺服电机为低。

    由于机床主轴驱动主要是旋转运动，所以早期的数控机床采用三相感应电动机配上多级变速箱作为主轴驱动的主要方式。现代数控机床对主轴驱动提出了更高的要求，这包括要求主传动电动机应有2.2~ 250 kW的功率范围，能输出大的功率，主轴结构简单，数控机床主驱动系统在主轴的正反转任一方向都可进行传动和加减速，即要求有四象限的驱动能力。此外，为了使数控车床具有螺纹车削功能，要求主轴能与进给驱动实行同步控制。在加工中心上为了自动换刀还要求主轴能进行高精度的准停控制。为了保证端面加工的表面质量，要求主轴具有恒线速度表面切削功能。有的数控机床还要求具有角度分度控制功能。因此现代的数控机床主轴绝大部分采用交流伺服电机驱动。