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电机结构感应电机根据转子的结构,一般为笼型。由于笼型电机的结构简单,转动惯量低,并能于高温和高速的条件下长时间运行,其价格远低于同样速度和功率范围的直流电机,而功率和体积比却是直流电机的两倍,同时其起动电流不再受换向器的限制。

 

主轴电机定子绕组通常采用三个热传感器以防止过载。笼导条通常由银或铜做成,并尽量加宽转子槽长宽比以获得更高的效率,减少转子发热和获得更高的速度。

 

效率滑差对感应电机转矩的产生是非常重要的,而且它与转子电流和转子损耗紧密相关。由于转子损耗与定子损耗相比很难消除,因此,除了铜耗、涡流损耗、磁滞损耗外,在基速以上扩展速度范围运行时,转子损耗占有总损耗的相当大的比例。由于转子损耗的存在,感应主轴电机的效率相对较低。

 

速度范围感应主轴电机基速以上的扩展运行范围可以通过弱磁控制实现。其恒功率运行范围可达到1B3或1B5。如采用最新的绕组切换技术,其恒功率运行范围可达到1B12,甚至更宽。目前,感应主轴电机最高转速可达100000r/min。

 

价格尽管感应主轴电机结构相对简单、可靠,无须特殊维护,价格低廉,但其变频控制器价格却较高。通常较高的控制器价格降低了较低价格电机的竞争力。但由于采用了磁场定向控制技术的变频器能提供连续的转矩/速度调节能力、较高的精度、运行可靠性和较低的运行费用,因而在一定程度上抵消了整个系统的初始高价格。

 

控制策略感应式主轴电机的控制无一例外地采用磁场定向技术。它可以实现对转矩和磁通的分别控制,进而获得较高的动态性能。磁场定向控制技术又分为间接磁场定向和直接磁场定向两种实现方式,其中间接转子磁场定向控制技术由于较易实现而被广为应用。尽管间接磁场定向控制能提供较高的控制品质,但这种技术过分依赖于电机的参数,当参数变化时,控制性能将严重下降,速憾的是,在电机运行过程中,转子时间常数可以在400%的范围内变化。

 

因此现代主轴控制器均采用辨识、估算和自整定技术对参数变化在线补偿。这项技术另一个难题是随着电机速度要求越来越高,在恒功率弱磁运行时,当转子磁场发生变化,而滑差增益无法动态补偿时,将引起磁通和转矩的振荡。为解决这一问题,人们又提出了直接定子磁场定向技术、绕组切换技术及铁耗自适应补偿技术等解决办法,以进一步扩展高速范围。直接磁场定向技术通常采用闭环磁通观测器来实现,属于闭环控制,性能较间接磁场定向好,但较为复杂。同时也存在着参数变化对控制品质的影响。近年来,随着自适应观测器和Deatt-beat观测器的应用以及微处理器性能的提高,直接磁场定向控制技术在主轴驱动中有取代间接磁场定向之势。