高性能矢量变频器在 AC 伺服系统中的运用 

      

 

一 伺服系统的发展过程

    伺服系统的发展经历了由液压到电气的过程, 电气伺服系统根据所驱动电机类型分为直
流(DC)伺服系统和交流(AC)伺服系统。交流伺服系统按其采用的驱动电机类型又可分为永
磁同步(SM 型)电动机交流伺服系统和感应式异步(IM 型)

 

电动机交流伺服系统。

    由于直流伺服电动机存在机械结构复杂, 维修工作量大包括电刷、换向器等则成为直流
伺服驱动技术发展的瓶颈。随着微处理技术、大功率电力电子技术的成熟和电机永磁材料
的发展和成本降低, 

 

交流伺服系统得到长足发展并将逐步取代直流伺服系统。

    

 

 

二 交流感应式异步伺服系统

    直流伺服系统的动态性能平稳、低速转矩高、调速范围宽是它的优点, 一般普通交流驱动
系统是无法做到的。随着变频技术的发展, 在二十世纪七十年代后期出现了矢量控制(VC)
理论即磁场定向控制理论。由于矢量控制变频调速系统技术的开发使用, 使异步电动机的

 

调速可获得和直流电动机调速相媲美的高精度和快速响应性能。

    电动机调速的任务是控制转速, 而速度的变化是通过转矩来实现的, 除转矩外再没有其
它控制量可影响速度, 

 

所以调速的关键是转矩控制。

    直流电动机因其特殊功能保证了 Φ(磁通量与励磁电流 If 有关)和 Ia(电枢电流与负载大
小有关)的正交关系, 故可近似认为夹角 Ø=90 度不变, 则转矩 T=CmΦIa ,例如, 让 Φ 不变则, 
转矩 T 仅和 Ia 电枢电流成正比。控制过程中转矩能迅速响应电流的变化, 转矩控制和调节

 

十分方便。

    异步电动机与直流电动机在转矩产生原理上有很大区别, 异步电动机的励磁是由三相旋
转磁场产生的, 它不能像直流电动机一样固定 Φ 和 Ia 的夹角为 90 度。异步电动机可供检测
的定子电流 I=Im(励磁电流)+It(转矩电流)混交在一起, 因此要使异步电动机与直流电动机
一样地产生转矩并易于控制, 就必须设法将定子电流 I 按矢量变换分解为 Im 和 It, 并使 I
与 Φ 的矢量夹角始终保持 90

 

度。

    矢量型变频器利用对电动机的参数坐标进行变换, 使电动机定子电流分解成励磁电流和
转矩电流并分别加以控制。这就使得矢量型变频器在异步电动机伺服控制系统中完全近似

 

于直流电动机伺服系统的控制策略。

    矢量控制系统的优点: 

    (1)动态响应速度快; 
    (2)低频转矩大调速比宽; 
    (3)

 

控制比直流伺服系统更加灵活。

    矢量控制系统的运用范围: