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交流伺服電機的工作原理

伺服電機內部的轉子是永磁鐵,驅動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng),轉子在此磁場(chǎng)的作用下轉動(dòng),同時(shí)電機自帶的編碼器反饋信號給驅動(dòng)器,驅動(dòng)器根據反饋值與目標值進(jìn)行比較,調整轉子轉動(dòng)的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度(線(xiàn)數)。

什么是伺服電機?有幾種類(lèi)型?工作特點(diǎn)是什么?
答:伺服電動(dòng)機又稱(chēng)執行電動(dòng)機,在自動(dòng)控制系統中,用作執行元件,把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機兩大類(lèi),其主要特點(diǎn)是,當信號電壓為零時(shí)無(wú)自轉現象,轉速隨著(zhù)轉矩的增加而勻速下降,
請問(wèn)交流伺服電機和無(wú)刷直流伺服電機在功能上有什么區別?
答:交流伺服要好一些,因為是正弦波控制,轉矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡(jiǎn)單,便宜。
永磁交流伺服電動(dòng)機
20世紀80年代以來(lái),隨著(zhù)集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅動(dòng)技術(shù)的發(fā)展,永磁交流伺服驅動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展,各國著(zhù)名電氣廠(chǎng)商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機和伺服驅動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統已成為當代高性能伺服系統的主要發(fā)展方向,使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后,世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統是采用全數字控制的正弦波電動(dòng)機伺服驅動(dòng)。交流伺服驅動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動(dòng)機同直流伺服電動(dòng)機比較,主要優(yōu)點(diǎn)有:
⑴無(wú)電刷和換向器,因此工作可靠,對維護和保養要求低。
⑵定子繞組散熱比較方便。
⑶慣量小,易于提高系統的快速性。
⑷適應于高速大力矩工作狀態(tài)。
⑸同功率下有較小的體積和重量。
自從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿易博覽會(huì )上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)機和驅動(dòng)系統,這標志著(zhù)此種新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。到20世紀80年代中后期,各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整個(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉向了交流系統。早期的模擬系統在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全滿(mǎn)足運動(dòng)控制的要求,近年來(lái)隨著(zhù)微處理器、新型數字信號處理器(DSP)的應用,出現了數字控制系統,控制部分可完全由軟件進(jìn)行,分別稱(chēng)為摪朧只瘮或摶旌鮮綌、撊只瘮的永磁交流伺服系統。
到目前為止,高性能的電伺服系統大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機,控制驅動(dòng)器多采用快速、準確定位的全數字位置伺服系統。典型生產(chǎn)廠(chǎng)家如德國西門(mén)子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。
日本安川電機制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機和驅動(dòng)器,其中D系列適用于數控機床(最高轉速為1000r/min,力矩為0.25~2.8N.m),R系列適用于機器人(最高轉速為3000r/min,力矩為0.016~0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六個(gè)系列。20世紀90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅動(dòng)、8051單片機控制改為正弦波驅動(dòng)、80C、154CPU和門(mén)陣列芯片控制,力矩波動(dòng)由24%降低到7%,并提高了可靠性。這樣,只用了幾年時(shí)間形成了八個(gè)系列(功率范圍為0.05~6kW)較完整的體系,滿(mǎn)足了工作機械、搬運機構、焊接機械人、裝配機器人、電子部件、加工機械、印刷機、高速卷繞機、繞線(xiàn)機等的不同需要。
以生產(chǎn)機床數控裝置而著(zhù)名的日本法奴克(Fanuc)公司,在20世紀80年代中期也推出了S系列(13個(gè)規格)和L系列(5個(gè)規格)的永磁交流伺服電動(dòng)機。L系列
有較小的轉動(dòng)慣量和機械時(shí)間常數,適用于要求特別快速響應的位置伺服系統。
日本其他廠(chǎng)商,例如:三菱電動(dòng)機(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)、東芝精機(SM系列)、大隈鐵工所(BL系列)、三洋電氣(BL系列)、立石電機(S系列)等眾多廠(chǎng)商也進(jìn)入了永磁交流伺服系統的競爭行列。
德國力士樂(lè )公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)機共有7個(gè)機座號92個(gè)規格。
德國西門(mén)子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機分為標準型和短型兩大類(lèi),共8個(gè)機座號98種規格。據稱(chēng)該系列交流伺服電動(dòng)機與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機IHU系列相比,重量只有后者的1/2,配套的晶體管脈寬調制驅動(dòng)器6SC61系列,最多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機控制。
德國寶石(BOSCH)公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列(17個(gè)規格)和稀土永磁的SE系列(8個(gè)規格)交流伺服電動(dòng)機和Servodyn SM系列的驅動(dòng)控制器。
美國著(zhù)名的伺服裝置生產(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould 電子公司一個(gè)分部(Motion Control Division),生產(chǎn)M600系列的交流伺服電動(dòng)機和A600 系列的伺服
驅動(dòng)器。后合并到AEG,恢復了Gettys名稱(chēng),推出A700全數字化的交流伺服系統。
美國A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驅動(dòng)分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)機和1391型交流PWM伺服控制器。電動(dòng)機包括3個(gè)機座號共30個(gè)規格。
I.D.(Industrial Drives)是美國著(zhù)名的科爾摩根(Kollmorgen)的工業(yè)驅動(dòng)分部,曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510 三個(gè)系列共41個(gè)規格的無(wú)刷伺服電動(dòng)機和BDS3型伺服驅動(dòng)器。自1989年起推出了全新系列設計的摻鶼盜袛(Goldline)永磁交流伺服電動(dòng)機,包括B(小慣量)、M(中慣量)和EB(防爆型)三大類(lèi),有10、20、40、60、80五種機座號,每大類(lèi)有42個(gè)規格,全部采用釹鐵硼永磁材料,力矩范圍為0.84~111.2N.m,功率范圍為0.54~15.7kW。配套的驅動(dòng)器有BDS4(模擬型)、BDS5(數字型、含位置控制)和Smart Drive(數字型)三個(gè)系列,最大連續電流55A。Goldline系列代表了當代永磁交流伺服技術(shù)最新水平。
愛(ài)爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國外的一個(gè)分部,現合并到AEG,以生產(chǎn)直流伺服電動(dòng)機、直流力矩電動(dòng)機和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機座號共17種規格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機和八種控制器。
法國Alsthom集團在巴黎的Parvex工廠(chǎng)生產(chǎn)LC系列(長(cháng)型)和GC系列(短型)
交流伺服電動(dòng)機共14個(gè)規格,并生產(chǎn)AXODYN系列驅動(dòng)器。
原蘇聯(lián)為數控機床和機器人伺服控制開(kāi)發(fā)了兩個(gè)系列的交流伺服電動(dòng)機。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁,有兩個(gè)機座號,每個(gè)機座號有3種鐵心長(cháng)度,各有兩種繞組數據,共12個(gè)規格,連續力矩范圍為7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁,6個(gè)機座號17個(gè)規格,力矩范圍為0.1~170N.m,配套的是3ДБ型控制器。
近年日本松下公司推出的全數字型MINAS系列交流伺服系統,其中永磁交流伺服電動(dòng)機有MSMA系列小慣量型,功率從0.03~5kW,共18種規格;中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三個(gè)系列,功率從0.75~4.5kW,共23種規格,MHMA系列大慣量電動(dòng)機的功率范圍從0.5~5kW,有7種規格。
韓國三星公司近年開(kāi)發(fā)的全數字永磁交流伺服電動(dòng)機及驅動(dòng)系統,其中FAGA交流伺服電動(dòng)機系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號,功率從15W~5kW。
現在常采用(Powerrate)這一綜合指標作為伺服電動(dòng)機的品質(zhì)因數,衡量對比各種交直流伺服電動(dòng)機和步進(jìn)電動(dòng)機的動(dòng)態(tài)響應性能。功率變化率表示電動(dòng)機連續(額定)力矩和轉子轉動(dòng)慣量之比。
按功率變化率進(jìn)行計算分析可知,永磁交流伺服電動(dòng)機技術(shù)指標以美國I.D 的Goldline系列為最佳,德國Siemens的IFT5<SPAN style="FONT-SIZE: 10pt; COLOR: black

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