永磁交流伺服技術及其進展（續(xù)3）
譚建成（西安徽電機研究所
【摘 要】本文為“永磁交流伺服技術及其進展”（見1990年《微電機》第4期）的續(xù)篇，介紹伺服驅動器的組成和工作原理，交流伺服驅動器與直流伺服驅動器的主要差別，及直流伺服電動機、同步型交流伺服電動機和異步交流伺服電動機三類電機性能特點的比較。
【主題詞】伺服放大器，工作原理，交流電動機，伺服電動機，同步電機，異步電機，直流電機，性能
5伺服驅動器的基本結構和工作原理
典型的交流伺服驅動器和經(jīng)典的直流伺服驅動器相似，也是包含電流環(huán)和速度環(huán)的閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此，它的伺服驅動器也稱為速度控制單元，或稱為伺服放大器等。圖5.1、5.3、5.5分別是直流伺服，正弦波驅動和矩形波驅動的交流伺服驅動器的原理方框圖。從圖中可見，兩種交流伺服驅動器和直流伺服驅動器的基本結構是相似的。即，從傳感器中獲得速度信息，經(jīng)一定的電路變換形成速度反饋電壓，并與給定指令速度電壓信號比較．其誤差信號在速度調節(jié)器進行放大和校正（通常是pl調節(jié)），給出電流（即力矩）的指令信號作為電流環(huán)的輸入指令。在電流環(huán)中，從電流傳感器得到的電流反饋信號與指令信號進行比較，誤差經(jīng)電流調節(jié)器放大校正后送給脈寬調制單元，最常見的ppvm是由三角波發(fā)生器和電壓比較器構成。被調制的脈寬信號控制基極驅動電路，后者驅動逆變橋，實現(xiàn)對電機繞組的電流控制。這里，常見的是電流型pwm。
由圖5.2伺服驅動器還有其它幾個部分組成。首先，驅動器的高電壓大容量直流母線來自大功率直流電源，通常它由三相交流電壓輸入，經(jīng)橋式整流濾波后獲得。系統(tǒng)有時也采用單相輸入。當系統(tǒng)制動時，電機動能的回饋，在濾波電容器上充電使直流母線電壓迅速上升，危及逆變橋的大功率開關管和濾波電容器本身。再生電壓保護的作用是適時接通一大電流開關，電容器電荷經(jīng)電組r短時釋放一部分，使直流母線電壓恢復到正常值范圍。為提高系統(tǒng)運行可靠性，針對可解出現(xiàn)的各種異常情況和故障，設立了保護和報警電路，例如對過電壓、欠電壓、過電流、過載、過速、過熱等的保護。另外還有短時過流限制等附加電路。
交流伺服驅動器與直流伺服驅動器在結構上的主要差別是它們的電流環(huán)。
5。1 正弦波伺服驅動器的電流環(huán)
正波驅動方式的交流伺服驅動器原理圖示于圖5.3中。這里，電流環(huán)的作用主要是控制電動機三相繞組電流滿足下列要求
a．嚴格的三相對稱正弦函數(shù)變化關系；
b．它們的相位分別與該相的反電勢相位同相（或反相）；
c．相電流幅值與速度調節(jié)器輸出的電流指令信號成正比例。
利用高分辨率的轉子位置傳感器產(chǎn)生的轉子****位置信息．在單位正弦友生器中產(chǎn)生出兩相正弦波信號，它們的幅值為一單位，其相位與轉子轉角0相關即  單位正弦波信號的發(fā)生可有許多不同方法。下述方案是一個例子：轉子****位置信號是一數(shù)字量案號（二進制碼）．在兩個正弦函的只讀存儲器(rom)中分別讀出兩相單位正弦波的數(shù)字量，經(jīng)兩個dl4轉換器后可得模擬量輸出。兩相單位正弦波信號在兩個乘法器中與電流指令信號進行乘法運算，得到兩相電流指令信號。實際上，采用帶乘法功能的dl4轉換器，由rom的輸出可直拉獲得如’和如’信號。這兩個信號分別在兩個相同的電流調節(jié)器中與反饋、如電流信號進行比較，經(jīng)各向的ppvm環(huán)節(jié)控制逆變橋。在這里，利用電機三相繞組電流之和為零的原理，可以得到第三相pwm信號。
5.2矩形波伺服驅動器的電流環(huán)
矩形波驅動的交流伺服驅動器原理圖示于圖5.4。如圖所示，由轉子位置傳感器信號處理得到轉子每轉3604電角度的周期 |
