DC伺服電機廣泛用于CNC進給伺服系統(tǒng)中，其速度控制和轉矩特性良好，但結構復雜，制造成本高，體積大，電動機的電刷容易磨損，換向器具有直流伺服電機的容量和使用機會會產生極限火花。交流伺服電機沒有電刷和換向器等結構缺陷，新型電源開關設備，專用集成電路，計算機技術和控制算法的發(fā)展促進了交流驅動電路的發(fā)展，使其成為交流伺服系統(tǒng)。更有效的驅動調速功能可以更好地滿足CNC機床進給伺服系統(tǒng)的要求。現代的數控機床傾向于使用交流伺服驅動器，交流伺服驅動器有可能取代直流伺服驅動器。

1.交流伺服電機的結構

交流電動機分為交流感應電動機和交流同步電動機。交流感應電動機具有結構簡單，容量大，價格低廉等優(yōu)點，通常用作主運動的驅動電動機。

永磁同步交流伺服電動機用作進給運動的驅動電動機，其結構如圖1所示。電動機由定子，轉子和傳感元件組成。定子由多孔板組成，其形狀為無底的多邊形，有利于散熱。定子槽中內置有一定數量的極對的三相繞組。轉子上還堆疊有沖孔板，安裝了永磁體，并且極對的數量與定子的數量相同。永磁體包括Al-Ni-Co合金，鐵號合金和釹鐵硼合金，即稀土永磁體合金。稀土永磁合金具有最佳性能。傳感元件通常使用脈沖編碼器，旋轉變壓器和taco發(fā)生器也可以用于檢測電動機的角位置，位移和轉速，以提供永久的位置信息，位置反饋和速度反饋。磁鐵交流同步電動機轉子的數量。

圖1永磁同步交流伺服電機的結構示意圖

2.交流伺服電機的變頻調速

交流電動機的速度n與交流電源的頻率f，電動機的極對數p和速度滑移速度s之間的關系如下。

（1）

對于異步電動機，s≠0，對于同步電動機，s=0在公式（1）中，如果更改電源頻率f，則可以看到電動機的轉速n與f成正比變化。電動機定子繞組的反電動勢如下。

E=4.44fWkwΦ

如果省略了定子阻抗電壓降，則定子相電壓

U≈E=4.44fWkwΦ

可以看出，當Φ的值減小時，電動機轉子的感應電流I2也減小，這不可避免地減小了電動機的容許輸出轉矩M。同樣，如果相電壓U不變，則隨著f的減小，氣隙磁通Φ增大，磁路飽和，勵磁電流增大，鐵損急劇增大和減小。功率因數。因此，在改變頻率f進行調速時，需要同時改變定子的相電壓U，以使Φ的值接近相同，從而使M也接近?？梢钥闯觯涣魉欧姍C變頻調速的關鍵問題是要獲得用于調頻和調壓的交流電源。

FM和電壓電源有幾種類型。通常將其實現為AC-DC-AC轉換電路，并且該電路的主要組件是三相電流逆變器。圖2顯示了使用最廣泛的電壓型功率晶體管（GTR）三相逆變器的主電路原理圖。通過AC-DC轉換二極管整流器電路獲得恒定的DC電壓Ud。功率晶體管開關元件T1，T4，T3，T6，T5，T2構成三相脈寬調制逆變器，電容器C將逆變器的輸入保持為直流電壓Ud為恒定值，因此將該電路稱為電壓型逆變器。

圖2（a）電壓型功率晶體管（GTR）三相逆變器主電路電路圖

圖2（b）電壓型功率晶體管三相逆變器主電路波形圖

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逆變器開關元件T1，T2，T3由三角波1和正弦波2控制，并根據速度控制的要求產生特定的頻率和電壓幅度。等于恒定幅度的幅度產生如下：比較波形1和2。等距離和等距寬度的矩形脈沖3用作控制信號的開和關。因此，在逆變器的輸出端，得到與控制波形3相同的一組三個方波脈沖，該波形與驅動電動機時的三相正弦電壓4相同。

在上面的討論中，調節(jié)逆變器變頻電壓的關鍵是逆變器控制端子獲得所需的控制波形3。作為控制波形的實現方法（即電動機速度調節(jié)的控制方法），廣泛使用的方法是矢量轉換控制。

圖3是交流伺服速度控制系統(tǒng)的示意圖的示例，該系統(tǒng)由兩部分組成：功率轉換器和控制平臺。電源轉換器由整流器和逆變器組成，整流器的功能是將輸入的三相交流電轉換為直流電，如圖3的左上角所示。逆變器根據控制信號的要求將直流電轉換為直流電。所需的三相交流電，現在的高性能逆變器通常使用具有更高開關頻率的新型IPM電源模塊，如圖3右上方所示。

圖3“交流伺服速度控制系統(tǒng)示例

控制器平臺的硬件采用DSP + FPGA方法，如圖3底部所示。其中，FPGA（現場可編程門陣列）設備和DSP（數字信號處理器）的主要功能是使用軟件對所有控制任務進行調度，輸入和輸出信號處理，逆變器控制信號生成以及其他控制功能等。單片機AT89C52實現了顯示屏數碼管，鍵盤（用于調試和參數設置）和串口的管理。由于篇幅所限，此處不詳細介紹每個模塊的詳細角色。