交流伺服电机的基本结构与工作原理

交流伺服电机通常都是单相异步电动机，有鼠笼形转子和杯形转子两种结构形式。与普通电
机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，
两个绕组在空间相差

90°电角度。固定和保护定子的机座一般用硬铝或不锈钢制成。笼型转

子交流伺服电机的转子和普通三相笼式电机相同。杯形转子交流伺服电机的结构如图

3-12

由外定子

4，杯形转子 3 和内定子 5 三部分组成。它的外定子和笼型转子交流伺服电机相同，

转子则由非磁性导电材料（如铜或铝）制成空心杯形状，杯子底部固定在转轴

7 上。空心杯

的壁很薄（小于

0.5mm），因此转动惯量很小。内定子由硅钢片叠压而成，固定在一个端盖

1、8 上，内定子上没有绕组，仅作磁路用。电机工作时，内﹑外定子都不动，只有杯形转子
在内、外定子之间的气隙中转动。对于输出功率较小的交流伺服电机，常将励磁绕组和控制
绕组分别安放在内、外定子铁心的槽内。

    交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本

质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓

“自

转

”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它

应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转
动。
    当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉
动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，
向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小
相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩
也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，
控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋
转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转
磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小）
但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁
力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着
正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大
反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控
制电压的相位，即移相

180o，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺

服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁
场，转子很快地停下来。

为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电阻做得特

别大，使它的临界转差率

Sk 大于 1。在电机运行过程中，如果控制信号降为“零”，励磁电流

仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的
合成。图

3-13 画出正向及反向旋转磁场切割转子导体后产生的力矩一转速特性曲线 1、2，以

及它们的合成特性曲线

3。图 3-13b 中，假设电动机原来在单一正向旋转磁场的带动下运行

于

A 点，此时负载力矩是。一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向

旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线

3 运行。由于转子的惯性，运行点