【壓縮機(jī)網(wǎng)】伺服電機(jī)servomotor
“伺服”一詞源于希臘語“奴隸”的意思。“伺服電機(jī)”可以理解為絕對(duì)服從控制信號(hào)指揮的電機(jī)：在控制信號(hào)發(fā)出之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng);當(dāng)控制信號(hào)發(fā)出時(shí)，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，轉(zhuǎn)子能即時(shí)停轉(zhuǎn)。
伺服電機(jī)是自動(dòng)控制裝置中被用作執(zhí)行元件的微特電機(jī)，其功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。
伺服電機(jī)分為交流伺服和直流伺服兩大類
交流伺服電機(jī)的基本構(gòu)造與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(異步電機(jī))相似。在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的勵(lì)磁繞組Wf和控制繞組WcoWf，接恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格(要求分別小于10%～15%和小于15%～25%)等特點(diǎn)。
直流伺服電機(jī)基本構(gòu)造與一般直流電動(dòng)機(jī)相似。電機(jī)轉(zhuǎn)速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E為電樞反電動(dòng)勢(shì)，K為常數(shù)，j為每極磁通，Ua、Ia為電樞電壓和電樞電流，Ra為電樞電阻，改變Ua或改變φ，均可控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但一般采用控制電樞電壓的方法，在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng)。
直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：速度控制精確，轉(zhuǎn)矩速度特性很硬，控制原理簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格便宜。
缺點(diǎn)：電刷換向，速度限制，附加阻力，產(chǎn)生磨損微粒(無塵易爆環(huán)境不宜)
交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：速度控制特性良好，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制，高精確度位置控制(取決于編碼器精度)，額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護(hù)(適用于無塵、易爆環(huán)境)
缺點(diǎn)：控制較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整PID參數(shù)確定，需要更多的連線。
直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。
有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)使用環(huán)境有要求，通常用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。
無刷電機(jī)體積小重量輕，出力大響應(yīng)快，速度高慣量小，力矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，控制復(fù)雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機(jī)免維護(hù)，高效節(jié)能，電磁輻射小，溫升低壽命長(zhǎng)，適用于各種環(huán)境。
交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，其功率范圍大，功率可以做到很大，大慣量，z*高轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)速隨功率增大而勻速下降，適用于低速平穩(wěn)運(yùn)行場(chǎng)合。
伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器將反饋信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)器，對(duì)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，從而調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。
什么是伺服電機(jī)?有幾種類型?工作特點(diǎn)是什么?
答：伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。
伺服電機(jī)分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。
交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在性能上有什么區(qū)別?
答：交流伺服電機(jī)的性能要好一些，因?yàn)榻涣魉欧钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小;而無刷直流伺服是梯形波控制。但無刷直流伺服實(shí)現(xiàn)控制比較簡(jiǎn)單，便宜。
永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的迅猛發(fā)展使直流伺服系統(tǒng)面臨被淘汰的危機(jī)[/p][p=30， 2， left]20世紀(jì)80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼不斷推出新的交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使直流伺服系統(tǒng)面臨被淘汰的危機(jī)。
永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：
?、艧o電刷和換向器，運(yùn)行更可靠，免維護(hù)*****。
?、贫ㄗ永@組發(fā)熱大大減少。
?、菓T量小，系統(tǒng)快速響應(yīng)性好。
?、雀咚俅罅毓ぷ鳡顟B(tài)好。
⑸相同功率下體積小重量輕。
永磁交流伺服系統(tǒng)的興起和現(xiàn)狀
自從德國(guó)MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年*****貿(mào)易博覽會(huì)上正式推出MAC永磁交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開始，標(biāo)志著新一代交流伺服技術(shù)已經(jīng)成熟。到1980年代中后期，各大公司都已有了完整的系列產(chǎn)品，整個(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可由軟件完成。到20世紀(jì)90年代以后，全數(shù)字正弦波控制的永磁交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在傳動(dòng)領(lǐng)域中的地位進(jìn)一步上升。
目前高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國(guó)西門子、美國(guó)科爾摩根和日本松下及安川等公司。
永磁交流伺服系統(tǒng)各主要生產(chǎn)商概況
日本安川電機(jī)制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，其中D系列適用于數(shù)控機(jī)床(z*高轉(zhuǎn)速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m)，R系列適用于機(jī)器人(z*高轉(zhuǎn)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(jì)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(qū)動(dòng)的8051單片機(jī)控制，改為正弦波驅(qū)動(dòng)的80C、154CPU和門陣列芯片控制，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，滿足了工作機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)械人、裝配機(jī)器人、電子部件、加工機(jī)械、印刷機(jī)、高速卷繞機(jī)、繞線機(jī)等方面的不同需求。
以生產(chǎn)機(jī)床數(shù)控裝置而著名的日本法那克(Fanuc)公司，在20世紀(jì)80年代中期也推出了S系列(13個(gè)規(guī)格)和L系列(5個(gè)規(guī)格)的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)。其中L系列有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械時(shí)間常數(shù)，適用于要求特別快速響應(yīng)的位置伺服系統(tǒng)。
日本其他廠商，例如三菱電動(dòng)機(jī)(*****、HC-MFS、*****、HC-RFS和HC-UFS系列)、東芝精機(jī)(SM系列)、大隈鐵工所(BL系列)、三洋電氣(BL系列)、立石電機(jī)(S系列)等眾多廠商也進(jìn)入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)行列。 [/p][p=30， 2， left] 德國(guó)力士樂公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)機(jī)共有7個(gè)機(jī)座號(hào)92個(gè)規(guī)格。
德國(guó)西門子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩大類，共8個(gè)機(jī)座號(hào)98種規(guī)格。據(jù)稱該系列交流伺服電動(dòng)機(jī)與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機(jī)IHU系列相比，重量只有后者的1/2，配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6SC61系列，z*多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機(jī)控制。
德國(guó)寶石(BOSCH)公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列(17個(gè)規(guī)格)和稀土永磁的SE系列(8個(gè)規(guī)格)交流伺服電動(dòng)機(jī)和Servodyn SM系列的驅(qū)動(dòng)控制器。
美國(guó)著名的伺服裝置生產(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(jī)和A600 系列的伺服驅(qū)動(dòng)器，后合并到AEG，恢復(fù)Gettys名稱，并推出A700全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)。
美國(guó)AB(ALLEN-BRADLEY)公司驅(qū)動(dòng)分部生產(chǎn)的1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和1391型交流PWM伺服控制器，電機(jī)包括3個(gè)機(jī)座號(hào)共30個(gè)規(guī)格。
I.D.(Industrial Drives)是美國(guó)著名的科爾摩根(Kollmorgen)的工業(yè)驅(qū)動(dòng)分部，曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510 三個(gè)系列共41個(gè)規(guī)格的無刷伺服電動(dòng)機(jī)和BDS3型伺服驅(qū)動(dòng)器。自1989年起推出了全新系列設(shè)計(jì)的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)(Goldline)，包括B(小慣量)、M(中慣量)和EB(防爆型)三大類，有10、20、40、60、80五種機(jī)座號(hào)，每大類有42個(gè)規(guī)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。配套驅(qū)動(dòng)器有BDS4(模擬型)、BDS5(數(shù)字型、含位置控制)和Smart Drive(數(shù)字型)三個(gè)系列，z*大連續(xù)電流55A。Goldline系列代表了當(dāng)代永磁交流伺服技術(shù)z*新水平。
愛爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國(guó)外的一個(gè)分部，現(xiàn)合并到AEG，以生產(chǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流力矩電動(dòng)機(jī)和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機(jī)座號(hào)共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和八種控制器。
法國(guó)Alsthom集團(tuán)在巴黎的Parvex工廠生產(chǎn)LC系列(長(zhǎng)型)和GC系列(短型)交流伺服電動(dòng)機(jī)共14個(gè)規(guī)格，并生產(chǎn)AXODYN系列驅(qū)動(dòng)器。
前蘇聯(lián)為數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人伺服控制開發(fā)了兩個(gè)系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁，有兩個(gè)機(jī)座號(hào)，每個(gè)機(jī)座號(hào)有3種鐵心長(zhǎng)度，各有兩種繞組數(shù)據(jù)，共12個(gè)規(guī)格，連續(xù)力矩范圍為7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6個(gè)機(jī)座號(hào)17個(gè)規(guī)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(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng)，其中永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)有MSMA系列小慣量型，功率從0.03～5kW，共18種規(guī)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(guī)格，MHMA系列大慣量電動(dòng)機(jī)的功率范圍從0.5～5kW，有7種規(guī)格。
韓國(guó)三星公司近年開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中FAGA交流伺服電動(dòng)機(jī)系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號(hào)，功率從15W～5kW。
現(xiàn)在常采用功率變化率(Powerrate)這一綜合指標(biāo)作為伺服電動(dòng)機(jī)的品質(zhì)因數(shù)，衡量對(duì)比各種交直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。功率變化率表示電動(dòng)機(jī)連續(xù)(額定)力矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比。
按功率變化率進(jìn)行計(jì)算分析可知，永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)以美國(guó)I.D 的Goldline系列為z*佳，德國(guó)Siemens的IFT5系列次之。
伺服電機(jī)原理
一、交流伺服電動(dòng)機(jī)
交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上;另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。
交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長(zhǎng);另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁僅0.2-0.3mm，空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。
交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。
交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動(dòng)機(jī)與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：
1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大：由于轉(zhuǎn)子電阻大，使轉(zhuǎn)矩特性(機(jī)械特性)更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。
2、運(yùn)行范圍寬：運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。[/p][p=30， 2， left]3、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：運(yùn)轉(zhuǎn)中的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
什么叫做“精密傳動(dòng)微特電機(jī)”?
“精密傳動(dòng)微特電機(jī)”能夠在系統(tǒng)中快速而正確地執(zhí)行頻繁變化的指令，帶動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)完成指令所期望的工作，大多能夠滿足以下要求：
1、 能頻繁啟動(dòng)、停止、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)及低速運(yùn)行，且機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱等級(jí)高、絕緣等級(jí)高。
2、 快速相應(yīng)能力好，轉(zhuǎn)矩較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，時(shí)間常數(shù)小。
3、 帶有驅(qū)動(dòng)器和控制器(如伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī))，控制性能良好。
4、 高可靠性，高精度。
“精密傳動(dòng)微特電機(jī)”的類別、結(jié)構(gòu)和性能
1、 交流伺服電機(jī)
(1) 籠型兩相交流伺服電機(jī)(細(xì)長(zhǎng)籠型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵(lì)磁電流小、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平滑)
(2) 非磁性杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)(空心杯轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵(lì)磁電流較大、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)平滑)
(3) 鐵磁杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)(鐵磁材料杯型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、齒槽效應(yīng)小、運(yùn)行平穩(wěn))
(4) 同步型永磁交流伺服電機(jī)(由永磁同步電機(jī)、測(cè)速機(jī)及位置檢測(cè)元件同軸一體機(jī)組，定子為3相或2相，磁性材料轉(zhuǎn)子，必須配驅(qū)動(dòng)器;調(diào)速范圍寬、機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)組成，可連續(xù)堵轉(zhuǎn)，快速相應(yīng)性能好，輸出功率大，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小;有方波驅(qū)動(dòng)和正弦波驅(qū)動(dòng)兩種方式，控制性能好，為機(jī)電一體化產(chǎn)品)
(5) 異步型三相交流伺服電機(jī)(轉(zhuǎn)子與籠型異步電機(jī)相似，必須配驅(qū)動(dòng)器，采用矢量控制，擴(kuò)大了恒功率調(diào)速范圍，多用于機(jī)床主軸調(diào)速系統(tǒng))
2、 直流伺服電機(jī)
(1) 印制繞組直流伺服電機(jī)(盤形轉(zhuǎn)子、盤形定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，無齒槽效應(yīng)，無飽和效應(yīng)，輸出轉(zhuǎn)矩大)
(2) 線繞盤式直流伺服電機(jī)(盤形轉(zhuǎn)子、定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，控制性能優(yōu)于其他直流伺服電機(jī)，效率高，輸出轉(zhuǎn)矩大)
(3) 杯型電樞永磁直流電機(jī)(空心杯轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適用于增量運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng))
(4) 無刷直流伺服電機(jī)(定子為多相繞組，轉(zhuǎn)子為永磁式，帶轉(zhuǎn)子位置傳感器，無火花干擾，壽命長(zhǎng)，噪聲低)
3、 力矩電機(jī)
(1) 直流力矩電機(jī)(扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)換向片數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多;輸出轉(zhuǎn)矩大，低速或堵轉(zhuǎn)下可連續(xù)工作，機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好，機(jī)電時(shí)間常數(shù)小)
(2) 無刷直流力矩電機(jī)(與無刷直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，但為扁平狀，極數(shù)槽數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多;輸出轉(zhuǎn)矩大，機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好，壽命長(zhǎng)，無火花，噪聲低)
(3) 籠型交流力矩電機(jī)(籠型轉(zhuǎn)子，扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)多，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，可長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)運(yùn)行，機(jī)械特性較軟)
(4) 實(shí)心轉(zhuǎn)子交流力矩電機(jī)(鐵磁材料實(shí)心轉(zhuǎn)子，扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)多，可長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)，運(yùn)行平滑，機(jī)械特性較軟)
4、 步進(jìn)電機(jī)
(1) 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成，轉(zhuǎn)子鐵心上無繞組，定子上有控制繞組;步距角小，啟動(dòng)與運(yùn)行頻率較高，步距角精度較低，無自鎖力矩)
(2) 永磁步進(jìn)電機(jī)(永磁式轉(zhuǎn)子，徑向磁化極性;步距角大，啟動(dòng)與運(yùn)行頻率低，有保持轉(zhuǎn)矩，消耗功率比反應(yīng)式小，但須供正、負(fù)脈沖電流)
(3) 混合式步進(jìn)電機(jī)(永磁式轉(zhuǎn)子，軸向磁化極性;步距角精度高，有保持轉(zhuǎn)矩，輸入電流小，兼有反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn))
5、 開關(guān)磁阻電機(jī)(定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成，都為凸極式，與極數(shù)相接近的大步距反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，帶有轉(zhuǎn)子位置傳感器，轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，調(diào)速范圍小，噪聲大，機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、恒功率區(qū)、串勵(lì)特性區(qū)三部分組成)
6、 直線電機(jī)(結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，導(dǎo)軌等可作為二次導(dǎo)體，適用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng);高速伺服性能好，功率因數(shù)和效率高，恒速運(yùn)行性能優(yōu))
交流異步伺服電機(jī)的規(guī)格與性能
項(xiàng)目 規(guī)格與性能
結(jié)構(gòu)型式 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)
冷卻方式 小型機(jī)：全封閉;中型機(jī)：全封閉外扇冷型與防護(hù)強(qiáng)迫通風(fēng)型
額定功率 0.1-1.5kw;2.2-22kw;30-55kw
額定轉(zhuǎn)矩 0.33-7.3N.M;10.7-107.8N.M;117-269N.M
額定轉(zhuǎn)速 3000r/min;3000r/min;2000r/min
額定電壓 80-120V;120V;150V
瞬時(shí)z*大轉(zhuǎn)矩 500%
能率 4.25-11kw/s;44-293kw/s;516-860kw/s
轉(zhuǎn)子GD² 0.0001-0.005kg.cm²;0.01-0.15kg.cm²;0.15-0.32kg.cm²
適用負(fù)載GD² 電動(dòng)機(jī)GD²的5倍
頻率特性 50-100HZ
電源電壓 三相交流80-200V
控制方式 晶體管式等效正弦波PWM控制
調(diào)速范圍 1比1000
調(diào)速精度 負(fù)載變動(dòng)(0%-100%)‹±0.1%;電源變動(dòng)(±10%)‹±0.1%
冷卻方式 小型機(jī)用自冷式;中型機(jī)用強(qiáng)制風(fēng)冷式
保護(hù)功能 過電壓，過電流，過載，速度，溫升，編碼器
適用環(huán)境 環(huán)境空氣溫度0-50ºC，環(huán)境空氣濕度85%以下，海拔1000米以下
交流永磁伺服電機(jī)的規(guī)格與性能 項(xiàng)目 規(guī)格與性能
電源 穩(wěn)定電壓或調(diào)壓直流電源(蓄電池、整流器);6.3-48V60-120V
主要構(gòu)成設(shè)備 兩相或三相永磁同步電機(jī)，電力三極管交流器(方形波或等效正
弦波=PWM)無觸點(diǎn)轉(zhuǎn)子位置傳感器以及放大器
額定功率 0.5w-0.75kw-2.9kw
額定轉(zhuǎn)速 1000-3000r/min，也可20000r/min以上
結(jié)構(gòu)型式 保護(hù)全滴型或全封閉型較多
額定時(shí)間 連續(xù)額定
輸出特性 恒轉(zhuǎn)矩特性
轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性 加減恒轉(zhuǎn)矩特性
調(diào)速范圍0%-100%
速度控制裝置置于電機(jī)內(nèi)部。多為恒轉(zhuǎn)速特性(精度可達(dá)正負(fù)0.5%)
轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比直流電動(dòng)機(jī)大
效率 50%-80%，無因控制引起的損耗，減速時(shí)仍有較高的效率
啟動(dòng)特性 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于100%，瞬時(shí)z*大轉(zhuǎn)矩大于300%，轉(zhuǎn)矩與電流成比例
采用逐漸升高電壓的降壓?jiǎn)?dòng)法，小型機(jī)可直接啟動(dòng)
速度控制 改變電力三極管變流器的直流輸入電壓調(diào)速
制動(dòng) 能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)較為簡(jiǎn)單
正反轉(zhuǎn) 可通過改變轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)順序?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)控
制而不必切換主電路
其他優(yōu)點(diǎn) 因?yàn)闊o刷，是可靠性很高的電動(dòng)機(jī)
把三極管控制器置于電動(dòng)機(jī)上，可獲得小型恒轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)
與負(fù)載的連接 用柔性聯(lián)接器直連，齒輪鏈接，皮帶連接等，無限制。
負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的5倍
維護(hù) 除軸承外無需維護(hù)
使用環(huán)境 可適用惡劣環(huán)境，但不適于高溫環(huán)境
使用注意事項(xiàng) 因使用了半導(dǎo)體元器件，對(duì)周圍溫度需加以限制;因轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)
較大需注意低速運(yùn)行情況
運(yùn)行輔助設(shè)備 除直流電源外，還需斷路器、熔斷器等保護(hù)裝置以及速度控制
時(shí)的調(diào)壓直流電源
用途 機(jī)床、機(jī)器人、測(cè)量?jī)x器、自動(dòng)化儀表、音響設(shè)備、辦公設(shè)備
以及計(jì)算機(jī)的磁帶傳送機(jī)等等。
【壓縮機(jī)網(wǎng)】伺服電機(jī)servomotor
“伺服”一詞源于希臘語“奴隸”的意思。“伺服電機(jī)”可以理解為絕對(duì)服從控制信號(hào)指揮的電機(jī)：在控制信號(hào)發(fā)出之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng);當(dāng)控制信號(hào)發(fā)出時(shí)，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng);當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，轉(zhuǎn)子能即時(shí)停轉(zhuǎn)。
伺服電機(jī)是自動(dòng)控制裝置中被用作執(zhí)行元件的微特電機(jī)，其功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。
伺服電機(jī)分為交流伺服和直流伺服兩大類
交流伺服電機(jī)的基本構(gòu)造與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(異步電機(jī))相似。在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的勵(lì)磁繞組Wf和控制繞組WcoWf，接恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格(要求分別小于10%～15%和小于15%～25%)等特點(diǎn)。
直流伺服電機(jī)基本構(gòu)造與一般直流電動(dòng)機(jī)相似。電機(jī)轉(zhuǎn)速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E為電樞反電動(dòng)勢(shì)，K為常數(shù)，j為每極磁通，Ua、Ia為電樞電壓和電樞電流，Ra為電樞電阻，改變Ua或改變φ，均可控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，但一般采用控制電樞電壓的方法，在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng)。
直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：速度控制精確，轉(zhuǎn)矩速度特性很硬，控制原理簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格便宜。
缺點(diǎn)：電刷換向，速度限制，附加阻力，產(chǎn)生磨損微粒(無塵易爆環(huán)境不宜)
交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：速度控制特性良好，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發(fā)熱少，高速控制，高精確度位置控制(取決于編碼器精度)，額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護(hù)(適用于無塵、易爆環(huán)境)
缺點(diǎn)：控制較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整PID參數(shù)確定，需要更多的連線。
直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。
有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)使用環(huán)境有要求，通常用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。
無刷電機(jī)體積小重量輕，出力大響應(yīng)快，速度高慣量小，力矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，控制復(fù)雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機(jī)免維護(hù)，高效節(jié)能，電磁輻射小，溫升低壽命長(zhǎng)，適用于各種環(huán)境。
交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，其功率范圍大，功率可以做到很大，大慣量，z*高轉(zhuǎn)速低，轉(zhuǎn)速隨功率增大而勻速下降，適用于低速平穩(wěn)運(yùn)行場(chǎng)合。
伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器將反饋信號(hào)傳給驅(qū)動(dòng)器，對(duì)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，從而調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。
什么是伺服電機(jī)?有幾種類型?工作特點(diǎn)是什么?
答：伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。
伺服電機(jī)分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。
交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在性能上有什么區(qū)別?
答：交流伺服電機(jī)的性能要好一些，因?yàn)榻涣魉欧钦也刂?，轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小;而無刷直流伺服是梯形波控制。但無刷直流伺服實(shí)現(xiàn)控制比較簡(jiǎn)單，便宜。
永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)的迅猛發(fā)展使直流伺服系統(tǒng)面臨被淘汰的危機(jī)[/p][p=30， 2， left]20世紀(jì)80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國(guó)著名電氣廠商相繼不斷推出新的交流伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使直流伺服系統(tǒng)面臨被淘汰的危機(jī)。
永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：
?、艧o電刷和換向器，運(yùn)行更可靠，免維護(hù)*****。
?、贫ㄗ永@組發(fā)熱大大減少。
?、菓T量小，系統(tǒng)快速響應(yīng)性好。
?、雀咚俅罅毓ぷ鳡顟B(tài)好。
⑸相同功率下體積小重量輕。
永磁交流伺服系統(tǒng)的興起和現(xiàn)狀
自從德國(guó)MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年*****貿(mào)易博覽會(huì)上正式推出MAC永磁交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)開始，標(biāo)志著新一代交流伺服技術(shù)已經(jīng)成熟。到1980年代中后期，各大公司都已有了完整的系列產(chǎn)品，整個(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運(yùn)動(dòng)控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的應(yīng)用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可由軟件完成。到20世紀(jì)90年代以后，全數(shù)字正弦波控制的永磁交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在傳動(dòng)領(lǐng)域中的地位進(jìn)一步上升。
目前高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國(guó)西門子、美國(guó)科爾摩根和日本松下及安川等公司。
永磁交流伺服系統(tǒng)各主要生產(chǎn)商概況
日本安川電機(jī)制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，其中D系列適用于數(shù)控機(jī)床(z*高轉(zhuǎn)速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m)，R系列適用于機(jī)器人(z*高轉(zhuǎn)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(jì)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(qū)動(dòng)的8051單片機(jī)控制，改為正弦波驅(qū)動(dòng)的80C、154CPU和門陣列芯片控制，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，滿足了工作機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)械人、裝配機(jī)器人、電子部件、加工機(jī)械、印刷機(jī)、高速卷繞機(jī)、繞線機(jī)等方面的不同需求。
以生產(chǎn)機(jī)床數(shù)控裝置而著名的日本法那克(Fanuc)公司，在20世紀(jì)80年代中期也推出了S系列(13個(gè)規(guī)格)和L系列(5個(gè)規(guī)格)的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)。其中L系列有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械時(shí)間常數(shù)，適用于要求特別快速響應(yīng)的位置伺服系統(tǒng)。
日本其他廠商，例如三菱電動(dòng)機(jī)(*****、HC-MFS、*****、HC-RFS和HC-UFS系列)、東芝精機(jī)(SM系列)、大隈鐵工所(BL系列)、三洋電氣(BL系列)、立石電機(jī)(S系列)等眾多廠商也進(jìn)入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)行列。 [/p][p=30， 2， left] 德國(guó)力士樂公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)機(jī)共有7個(gè)機(jī)座號(hào)92個(gè)規(guī)格。
德國(guó)西門子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩大類，共8個(gè)機(jī)座號(hào)98種規(guī)格。據(jù)稱該系列交流伺服電動(dòng)機(jī)與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機(jī)IHU系列相比，重量只有后者的1/2，配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6SC61系列，z*多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機(jī)控制。
德國(guó)寶石(BOSCH)公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列(17個(gè)規(guī)格)和稀土永磁的SE系列(8個(gè)規(guī)格)交流伺服電動(dòng)機(jī)和Servodyn SM系列的驅(qū)動(dòng)控制器。
美國(guó)著名的伺服裝置生產(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(jī)和A600 系列的伺服驅(qū)動(dòng)器，后合并到AEG，恢復(fù)Gettys名稱，并推出A700全數(shù)字化交流伺服系統(tǒng)。
美國(guó)AB(ALLEN-BRADLEY)公司驅(qū)動(dòng)分部生產(chǎn)的1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和1391型交流PWM伺服控制器，電機(jī)包括3個(gè)機(jī)座號(hào)共30個(gè)規(guī)格。
I.D.(Industrial Drives)是美國(guó)著名的科爾摩根(Kollmorgen)的工業(yè)驅(qū)動(dòng)分部，曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510 三個(gè)系列共41個(gè)規(guī)格的無刷伺服電動(dòng)機(jī)和BDS3型伺服驅(qū)動(dòng)器。自1989年起推出了全新系列設(shè)計(jì)的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)(Goldline)，包括B(小慣量)、M(中慣量)和EB(防爆型)三大類，有10、20、40、60、80五種機(jī)座號(hào)，每大類有42個(gè)規(guī)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。配套驅(qū)動(dòng)器有BDS4(模擬型)、BDS5(數(shù)字型、含位置控制)和Smart Drive(數(shù)字型)三個(gè)系列，z*大連續(xù)電流55A。Goldline系列代表了當(dāng)代永磁交流伺服技術(shù)z*新水平。
愛爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國(guó)外的一個(gè)分部，現(xiàn)合并到AEG，以生產(chǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)、直流力矩電動(dòng)機(jī)和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機(jī)座號(hào)共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和八種控制器。
法國(guó)Alsthom集團(tuán)在巴黎的Parvex工廠生產(chǎn)LC系列(長(zhǎng)型)和GC系列(短型)交流伺服電動(dòng)機(jī)共14個(gè)規(guī)格，并生產(chǎn)AXODYN系列驅(qū)動(dòng)器。
前蘇聯(lián)為數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人伺服控制開發(fā)了兩個(gè)系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁，有兩個(gè)機(jī)座號(hào)，每個(gè)機(jī)座號(hào)有3種鐵心長(zhǎng)度，各有兩種繞組數(shù)據(jù)，共12個(gè)規(guī)格，連續(xù)力矩范圍為7～35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁，6個(gè)機(jī)座號(hào)17個(gè)規(guī)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(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng)，其中永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)有MSMA系列小慣量型，功率從0.03～5kW，共18種規(guī)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(guī)格，MHMA系列大慣量電動(dòng)機(jī)的功率范圍從0.5～5kW，有7種規(guī)格。
韓國(guó)三星公司近年開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中FAGA交流伺服電動(dòng)機(jī)系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號(hào)，功率從15W～5kW。
現(xiàn)在常采用功率變化率(Powerrate)這一綜合指標(biāo)作為伺服電動(dòng)機(jī)的品質(zhì)因數(shù)，衡量對(duì)比各種交直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。功率變化率表示電動(dòng)機(jī)連續(xù)(額定)力矩與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比。
按功率變化率進(jìn)行計(jì)算分析可知，永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)以美國(guó)I.D 的Goldline系列為z*佳，德國(guó)Siemens的IFT5系列次之。
伺服電機(jī)原理
一、交流伺服電動(dòng)機(jī)
交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上;另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。
交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長(zhǎng);另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁僅0.2-0.3mm，空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。
交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。
交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動(dòng)機(jī)與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：
1、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大：由于轉(zhuǎn)子電阻大，使轉(zhuǎn)矩特性(機(jī)械特性)更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。
2、運(yùn)行范圍寬：運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。[/p][p=30， 2， left]3、無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：運(yùn)轉(zhuǎn)中的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
什么叫做“精密傳動(dòng)微特電機(jī)”?
“精密傳動(dòng)微特電機(jī)”能夠在系統(tǒng)中快速而正確地執(zhí)行頻繁變化的指令，帶動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)完成指令所期望的工作，大多能夠滿足以下要求：
1、 能頻繁啟動(dòng)、停止、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)及低速運(yùn)行，且機(jī)械強(qiáng)度高、耐熱等級(jí)高、絕緣等級(jí)高。
2、 快速相應(yīng)能力好，轉(zhuǎn)矩較大，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，時(shí)間常數(shù)小。
3、 帶有驅(qū)動(dòng)器和控制器(如伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī))，控制性能良好。
4、 高可靠性，高精度。
“精密傳動(dòng)微特電機(jī)”的類別、結(jié)構(gòu)和性能
1、 交流伺服電機(jī)
(1) 籠型兩相交流伺服電機(jī)(細(xì)長(zhǎng)籠型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵(lì)磁電流小、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平滑)
(2) 非磁性杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)(空心杯轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵(lì)磁電流較大、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)平滑)
(3) 鐵磁杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)(鐵磁材料杯型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、齒槽效應(yīng)小、運(yùn)行平穩(wěn))
(4) 同步型永磁交流伺服電機(jī)(由永磁同步電機(jī)、測(cè)速機(jī)及位置檢測(cè)元件同軸一體機(jī)組，定子為3相或2相，磁性材料轉(zhuǎn)子，必須配驅(qū)動(dòng)器;調(diào)速范圍寬、機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)組成，可連續(xù)堵轉(zhuǎn)，快速相應(yīng)性能好，輸出功率大，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小;有方波驅(qū)動(dòng)和正弦波驅(qū)動(dòng)兩種方式，控制性能好，為機(jī)電一體化產(chǎn)品)
(5) 異步型三相交流伺服電機(jī)(轉(zhuǎn)子與籠型異步電機(jī)相似，必須配驅(qū)動(dòng)器，采用矢量控制，擴(kuò)大了恒功率調(diào)速范圍，多用于機(jī)床主軸調(diào)速系統(tǒng))
2、 直流伺服電機(jī)
(1) 印制繞組直流伺服電機(jī)(盤形轉(zhuǎn)子、盤形定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，無齒槽效應(yīng)，無飽和效應(yīng)，輸出轉(zhuǎn)矩大)
(2) 線繞盤式直流伺服電機(jī)(盤形轉(zhuǎn)子、定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，控制性能優(yōu)于其他直流伺服電機(jī)，效率高，輸出轉(zhuǎn)矩大)
(3) 杯型電樞永磁直流電機(jī)(空心杯轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適用于增量運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng))
(4) 無刷直流伺服電機(jī)(定子為多相繞組，轉(zhuǎn)子為永磁式，帶轉(zhuǎn)子位置傳感器，無火花干擾，壽命長(zhǎng)，噪聲低)
3、 力矩電機(jī)
(1) 直流力矩電機(jī)(扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)換向片數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多;輸出轉(zhuǎn)矩大，低速或堵轉(zhuǎn)下可連續(xù)工作，機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好，機(jī)電時(shí)間常數(shù)小)
(2) 無刷直流力矩電機(jī)(與無刷直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，但為扁平狀，極數(shù)槽數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多;輸出轉(zhuǎn)矩大，機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好，壽命長(zhǎng)，無火花，噪聲低)
(3) 籠型交流力矩電機(jī)(籠型轉(zhuǎn)子，扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)多，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，可長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)運(yùn)行，機(jī)械特性較軟)
(4) 實(shí)心轉(zhuǎn)子交流力矩電機(jī)(鐵磁材料實(shí)心轉(zhuǎn)子，扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)多，可長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)，運(yùn)行平滑，機(jī)械特性較軟)
4、 步進(jìn)電機(jī)
(1) 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成，轉(zhuǎn)子鐵心上無繞組，定子上有控制繞組;步距角小，啟動(dòng)與運(yùn)行頻率較高，步距角精度較低，無自鎖力矩)
(2) 永磁步進(jìn)電機(jī)(永磁式轉(zhuǎn)子，徑向磁化極性;步距角大，啟動(dòng)與運(yùn)行頻率低，有保持轉(zhuǎn)矩，消耗功率比反應(yīng)式小，但須供正、負(fù)脈沖電流)
(3) 混合式步進(jìn)電機(jī)(永磁式轉(zhuǎn)子，軸向磁化極性;步距角精度高，有保持轉(zhuǎn)矩，輸入電流小，兼有反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn))
5、 開關(guān)磁阻電機(jī)(定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成，都為凸極式，與極數(shù)相接近的大步距反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，帶有轉(zhuǎn)子位置傳感器，轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，調(diào)速范圍小，噪聲大，機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、恒功率區(qū)、串勵(lì)特性區(qū)三部分組成)
6、 直線電機(jī)(結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，導(dǎo)軌等可作為二次導(dǎo)體，適用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng);高速伺服性能好，功率因數(shù)和效率高，恒速運(yùn)行性能優(yōu))
交流異步伺服電機(jī)的規(guī)格與性能
項(xiàng)目 規(guī)格與性能
結(jié)構(gòu)型式 籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)
冷卻方式 小型機(jī)：全封閉;中型機(jī)：全封閉外扇冷型與防護(hù)強(qiáng)迫通風(fēng)型
額定功率 0.1-1.5kw;2.2-22kw;30-55kw
額定轉(zhuǎn)矩 0.33-7.3N.M;10.7-107.8N.M;117-269N.M
額定轉(zhuǎn)速 3000r/min;3000r/min;2000r/min
額定電壓 80-120V;120V;150V
瞬時(shí)z*大轉(zhuǎn)矩 500%
能率 4.25-11kw/s;44-293kw/s;516-860kw/s
轉(zhuǎn)子GD² 0.0001-0.005kg.cm²;0.01-0.15kg.cm²;0.15-0.32kg.cm²
適用負(fù)載GD² 電動(dòng)機(jī)GD²的5倍
頻率特性 50-100HZ
電源電壓 三相交流80-200V
控制方式 晶體管式等效正弦波PWM控制
調(diào)速范圍 1比1000
調(diào)速精度 負(fù)載變動(dòng)(0%-100%)‹±0.1%;電源變動(dòng)(±10%)‹±0.1%
冷卻方式 小型機(jī)用自冷式;中型機(jī)用強(qiáng)制風(fēng)冷式
保護(hù)功能 過電壓，過電流，過載，速度，溫升，編碼器
適用環(huán)境 環(huán)境空氣溫度0-50ºC，環(huán)境空氣濕度85%以下，海拔1000米以下
交流永磁伺服電機(jī)的規(guī)格與性能 項(xiàng)目 規(guī)格與性能
電源 穩(wěn)定電壓或調(diào)壓直流電源(蓄電池、整流器);6.3-48V60-120V
主要構(gòu)成設(shè)備 兩相或三相永磁同步電機(jī)，電力三極管交流器(方形波或等效正
弦波=PWM)無觸點(diǎn)轉(zhuǎn)子位置傳感器以及放大器
額定功率 0.5w-0.75kw-2.9kw
額定轉(zhuǎn)速 1000-3000r/min，也可20000r/min以上
結(jié)構(gòu)型式 保護(hù)全滴型或全封閉型較多
額定時(shí)間 連續(xù)額定
輸出特性 恒轉(zhuǎn)矩特性
轉(zhuǎn)速-轉(zhuǎn)矩特性 加減恒轉(zhuǎn)矩特性
調(diào)速范圍0%-100%
速度控制裝置置于電機(jī)內(nèi)部。多為恒轉(zhuǎn)速特性(精度可達(dá)正負(fù)0.5%)
轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)比直流電動(dòng)機(jī)大
效率 50%-80%，無因控制引起的損耗，減速時(shí)仍有較高的效率
啟動(dòng)特性 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大于100%，瞬時(shí)z*大轉(zhuǎn)矩大于300%，轉(zhuǎn)矩與電流成比例
采用逐漸升高電壓的降壓?jiǎn)?dòng)法，小型機(jī)可直接啟動(dòng)
速度控制 改變電力三極管變流器的直流輸入電壓調(diào)速
制動(dòng) 能耗制動(dòng)和反接制動(dòng)較為簡(jiǎn)單
正反轉(zhuǎn) 可通過改變轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)信號(hào)順序?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，實(shí)現(xiàn)無觸點(diǎn)控
制而不必切換主電路
其他優(yōu)點(diǎn) 因?yàn)闊o刷，是可靠性很高的電動(dòng)機(jī)
把三極管控制器置于電動(dòng)機(jī)上，可獲得小型恒轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)
與負(fù)載的連接 用柔性聯(lián)接器直連，齒輪鏈接，皮帶連接等，無限制。
負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的5倍
維護(hù) 除軸承外無需維護(hù)
使用環(huán)境 可適用惡劣環(huán)境，但不適于高溫環(huán)境
使用注意事項(xiàng) 因使用了半導(dǎo)體元器件，對(duì)周圍溫度需加以限制;因轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)
較大需注意低速運(yùn)行情況
運(yùn)行輔助設(shè)備 除直流電源外，還需斷路器、熔斷器等保護(hù)裝置以及速度控制
時(shí)的調(diào)壓直流電源
用途 機(jī)床、機(jī)器人、測(cè)量?jī)x器、自動(dòng)化儀表、音響設(shè)備、辦公設(shè)備
以及計(jì)算機(jī)的磁帶傳送機(jī)等等。
網(wǎng)友評(píng)論
條評(píng)論
最新評(píng)論