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(4)轉(zhuǎn)子慣量比較大，為了滿足快速響應(yīng)的要求，需要加大電源容量。

(5)轉(zhuǎn)子溫升高(電動機允許升可達1500 C～1800 C)可通過轉(zhuǎn)軸傳到機械上去，這會影響精密機械的精度。

伺服電動機的工作區(qū)域被溫度極限線、轉(zhuǎn)速極限線、換向極限線、轉(zhuǎn)矩極限線以及瞬時換向極限線劃分成三個區(qū)域：

Ⅰ 區(qū)為連續(xù)工作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的任意組合都可以長時間連續(xù)工作。

Ⅱ 區(qū)為斷續(xù)工作區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電動機只能按允許的工作時間和斷電時間歇工作。

Ⅲ 區(qū)為加速和減速區(qū)，在該區(qū)域內(nèi)電動機只能作加速或減速，工作極短的時間。

選擇進給伺服電動機時，一定要滿足以下條件：

機床空載運行時，應(yīng)在特性曲線的連續(xù)工作區(qū);

加減速過程應(yīng)在加減速區(qū);

頻繁起動、制動以及周期變化的負載，必須檢查一個周期內(nèi)轉(zhuǎn)矩的均方根值，并應(yīng)小于電動機的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩;

最大負載轉(zhuǎn)矩、加載周期以及過載時間都應(yīng)在特性曲線允許的范圍以內(nèi)。

(二)直流伺服電動機的速度控制方法

1.直流主軸電動機的速度控制方法

他勵式直流主軸電動機的電磁轉(zhuǎn)矩為

其中，勵磁磁通Φ和轉(zhuǎn)子回路電流Ia是相互獨立的，可以分別進行調(diào)節(jié)，從而得到良好的靜態(tài)和動態(tài)轉(zhuǎn)矩控制特性。

直流主軸電動機的調(diào)速系統(tǒng)為雙域調(diào)速系統(tǒng)，由轉(zhuǎn)子繞組控制回路和磁場控制回路兩部分組成。

在轉(zhuǎn)子繞組控制回路中，通過改變轉(zhuǎn)子繞組電壓(即外加電壓)調(diào)速，適于基本速度以下的恒轉(zhuǎn)矩范圍。

在磁場控制回路中，通過改變勵磁電流If (即改變磁通φ)調(diào)速，為恒功率調(diào)速，適于基本速度以上的恒功率范圍。

2.永磁直流伺服電動機的速度控制。用于數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)中的永磁直流伺服電動機多采用改變外加電壓的調(diào)速方法。這是因為這種調(diào)速方法具有恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速特性、機械特性好、經(jīng)濟性能好等特點。

常采用的調(diào)速系統(tǒng)有兩種，即晶閘管調(diào)速系統(tǒng)和晶體管脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。

四、交流伺服電動及其速度控制

直流伺服電動機具有優(yōu)良的調(diào)速性能，但它的電刷和換向器容易磨損，需要經(jīng)常維護;由于換向器換向時會產(chǎn)生火花而使最高轉(zhuǎn)速受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制;直流電動機結(jié)構(gòu)復雜，制造困難，成本高。因此，20世紀80年代中期以來，交流伺服電動機得到飛速發(fā)展，交流伺服系統(tǒng)正在逐步取代直流伺服系統(tǒng)。

(一)交流伺服電動機

1.交流主軸電動機是經(jīng)過專門設(shè)計的鼠籠式三相異步電動機。特點是：

沒有外殼，定子鐵芯直接暴露在空氣中，而且有軸向通風孔，以利于電動機冷卻、縮小電動機體積。

轉(zhuǎn)子做成細長型，以便減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。

尾部都同軸安裝有脈沖發(fā)生器(或脈沖編碼器)。

交流主軸電動機的功率一速度特性曲線與直流主軸電動機相類似，

在基本速度以下為恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，

在基本速度以上為恒功率區(qū)域。

恒功率的速度范圍只有1:3的 速度比，當速度超過一定值后，功率一速度特性曲線會向下傾斜。

交流主軸電動機也具有一定的過載能力，一般能在額定負載的1.2～1.5倍負載下工作幾分鐘至半個小時。

2.永磁同步交流伺服電動機。主要由定子、轉(zhuǎn)子和檢測部件三部分組成：

定子形狀與普通感應(yīng)電動機的定子相似，具有齒槽，內(nèi)有三相繞組，外表面多呈多邊形，且無外殼，這樣有利于散熱。

轉(zhuǎn)子是永久磁鐵。

當定子三相繞組接上電源后，就產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，該旋轉(zhuǎn)磁場吸引永磁轉(zhuǎn)子同步旋轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：

式中：nr——轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速; ns——定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速; f—— 電源頻率; P——磁極對數(shù)。

交流伺服電動機的性能用特性曲線和數(shù)據(jù)表來描述。其中最重要的是電動機的工作曲線，即轉(zhuǎn)矩一速度特性曲線。

交流伺服電動機的機械特性要比直流伺服電動機的機械特性更硬，其直線更接近水平線。另外，斷續(xù)工作區(qū)的范圍更為擴大，尤其是在高速區(qū)域，這將有利于提高電動機的加、減速能力。

Ⅰ—連續(xù)工作區(qū)，Ⅱ—斷續(xù)工作區(qū)。

(二)交流伺服電動機的速度控制方法

1.交流主軸電動機的速度控制

對于交流主軸電動機、氣隙磁通和轉(zhuǎn)子電流不是獨立變量，它們都是轉(zhuǎn)差率S的函數(shù)，無法分開進行獨立控制。另外，被控量是既有大小又有相位的矢量，比標量難控制得多。將交流矢量轉(zhuǎn)換成標量，從而將交流電動機模擬成直流電動機來控制它的轉(zhuǎn)矩，稱為交流矢量的直流標量化。這種方法可以使交流電動機獲得與直流電動機同樣優(yōu)越的調(diào)速性能。

2.永磁同步交流伺服電動機的速度控制

由同步電動機的轉(zhuǎn)速計算公式 可知，可以通過改變電源頻率f來實現(xiàn)調(diào)速的要求。改變頻率可以采用交—直—交變頻器或交—交變頻器。

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（責任編輯：中大編輯）

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