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伺服电机内部布局及其做事道理

文章作者:产品中心 上传时间:2020-03-15

  换取伺服电动机定子的构制根基上与电容分相式单相异步电动机好似。其定子上装有两个场所互差90的绕组,一个是励磁绕组Rf,它永远接正在换取电压Uf上;另一个是统制绕组L,联接统制信号电压Uc。因此换取伺服电动机又称两个伺服电动机。

  换取伺服电动机的转子每每做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速规模、线性的刻板性情,无“自转”景象和疾速相应的机能,它与日常电动机比拟,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特质。目前利用较众的转子构造有两种体例:一种是采用高电阻率的导电原料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得颀长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁途的磁阻,要正在空心杯形转子内就寝固定的内定子。空心杯形转子的转动惯量很小,响应赶速,并且运转安定,因而被广博采用。

  换取伺服电动机正在没有统制电压时,定子内只要励磁绕组形成的脉动磁场,转子静止不动。当有统制电压时,定子内便形成一个挽回磁场,转子沿挽回磁场的对象挽回,正在负载恒定的状况下,电动机的转速随统制电压的巨细而蜕变,当统制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

  换取伺服电动机的任务道理与分相式单相异步电动机固然好似,但前者的转子电阻比后者大得众,因此伺服电动机与单机异步电动机比拟,有三个明显特质:

  因为转子电阻大,其转矩性情弧线所示,与日常异步电动机的转矩性情弧线比拟,有鲜明的区别。它可使临界转差率S0>1,如此不单使转矩性情(刻板性情)更亲密于线性,并且具有较大的起动转矩。因而,当定子一有统制电压,转子马上转动,即具有起动速、智慧度高的特质。

  寻常运转的伺服电动机,只消失落统制电压,电机马上罢休运转。当伺服电动机失落统制电压后,它处于单相运转形态,因为转子电阻大,定子中两个相驳斥象挽回的挽回磁场与转子效力所形成的两个转矩性情(T1-S1、T2-S2弧线)以及合成转矩性情(T-S弧线)

  换取伺服电动机的输出功率通常是0.1-100W。当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz,电压有20V、26V、36V、115V等众种。

  换取伺服电动机运转安定、噪音小。但统制性情好坏线性,而且因为转子电阻大,损耗大,服从低,因而与同容量直流伺服电动机比拟,体积大、重量重,因此只实用于0.5-100W的小功率统制体系。

  伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器统制的U/V/W三相电变成电磁场,转子正在此磁场的效力下转动,同时电机自带的编码器反应信号给驱动器,驱动器依照反应值与标的值举行比拟,调解转子转动的角度。伺服电机的精度决意于编码器的精度(线数)。

  伺服电动机正在伺服体系中统制刻板元件运转的启发机。是一种补助马达间接变速装备。又称推行电动机,正在主动统制体系中,用作推行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速率输出。分为直流和换取伺服电动机两大类,其合键特质是,当信号电压为零时无自转景象,转速跟着转矩的添补而匀速降低。

  有刷电机本钱低,构造单纯,启动转矩大,调速规模宽,统制容易,必要爱护,但爱护容易(换碳刷),形成电磁扰乱,对境况有央浼。因而它可能用于对本钱敏锐的日常工业和民用场所。

  无刷电机体积小,重量轻,功效大,相应速,速率高,惯量小,转动滑润,力矩稳固。统制丰富,容易达成智能化,其电子换相式样圆活,可能方波换相或正弦波换相。电机免爱护,服从很高,运转温度低,电磁辐射很小,龟龄命,可用于各样境况。

  换取伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动统制中通常都用同步电机,它的功率规模大,可能做到很大的功率。大惯量,最高转动速率低,且跟着功率增大而疾速下降。于是适合做低速安定运转的利用。

  伺服电动机又叫推行电动机,或叫统制电动机。正在主动统制体系中,伺服电动机是一个推行元件,它的效力是把信号(统制电压或相位)变换成刻板位移,也便是把罗致到的电信号变为电机的必定转速或角位移。其容量通常正在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和换取之分。

  换取伺服电动机定子的构制根基上与电容分相式单相异步电动机好似,如图1所示。其定子上装有两个场所互差90的绕组,一个是励磁绕组Rf,它永远接正在换取电压Uf上;另一个是统制绕组L,联接统制信号电压Uc。因此换取伺服电动机又称两个伺服电动机。

  换取伺服电动机的转子每每做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速规模、线性的刻板性情,无“自转”景象和疾速相应的机能,它与日常电动机比拟,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特质。目前利用较众的转子构造有两种体例:一种是采用高电阻率的导电原料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得颀长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁途的磁阻,要正在空心杯形转子内就寝固定的内定子,如图2所示。空心杯形转子的转动惯量很小,响应赶速,并且运转安定,因而被广博采用。

  换取伺服电动机正在没有统制电压时,定子内只要励磁绕组形成的脉动磁场,转子静止不动。当有统制电压时,定子内便形成一个挽回磁场,转子沿挽回磁场的对象挽回,正在负载恒定的状况下,电动机的转速随统制电压的巨细而蜕变,当统制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

  换取伺服电动机的任务道理与分相式单相异步电动机固然好似,但前者的转子电阻比后者大得众,因此伺服电动机与单机异步电动机比拟,有三个明显特质:

  因为转子电阻大,其转矩性情弧线所示,与日常异步电动机的转矩性情弧线比拟,有鲜明的区别。它可使临界转差率S0>1,如此不单使转矩性情(刻板性情)更亲密于线性,并且具有较大的起动转矩。因而,当定子一有统制电压,转子马上转动,即具有起动速、智慧度高的特质。

  寻常运转的伺服电动机,只消失落统制电压,电机马上罢休运转。当伺服电动机失落统制电压后,它处于单相运转形态,因为转子电阻大,定子中两个相驳斥象挽回的挽回磁场与转子效力所形成的两个转矩性情(T1-S1、T2-S2弧线)以及合成转矩性情(T-S弧线所示,与日常的单相异步电动机的转矩性情(图中T-S弧线)分歧。这时的合成转矩T是制动转矩,从而使电动机赶速罢休运转。

  图5是伺服电动机单相运转时的刻板性情弧线。负载必定时,统制电压Uc愈高,转速也愈高,正在统制电压必定时,负载添补,转速降低。

  换取伺服电动机的输出功率通常是0.1-100W。当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz,电压有20V、26V、36V、115V等众种。伺服电机的结构

  换取伺服电动机运转安定、噪音小。但统制性情好坏线性,而且因为转子电阻大,损耗大,服从低,因而与同容量直流伺服电动机比拟,体积大、重量重,因此只实用于0.5-100W的小功率统制体系。

  直流伺服电动机的构造和通常直流电动机雷同,只是为了减小转动惯量而做得颀长少许。它的励磁绕组和电枢差别由两个独立电源供电。也有永磁式的,即磁极是永世磁铁。每每采用电枢统制,便是励磁电压f必定,创立的磁通量也是定值,而将统制电压Uc加正在电枢上,其接线 直流伺服电动机接线 是直流伺服电动机正在分歧统制电压下(Uc为额定统制电压)的刻板性情弧线。由图可睹:正在必定负载转矩下,当磁通稳固时,假若升高电枢电压,电机的转速就升高;反之,下降电枢电压,转速就降低;当Uc=0时,电动机马上停转。要电动机反转,可改造电枢电压的极性。

  直流伺服电动机和换取伺服电动机比拟,它具有刻板性情较硬、输出功率较大、不自转,起动转矩大等甜头。

  换取伺服电机的定子装有三相对称的绕组,而转子是永世磁极。当定子的绕组中通过三相电源后,定子与转子之间必定形成一个挽回场。这个挽回磁场的转速称为同步转速。电机的转速也便是磁场的转速。因为转子有磁极,因此正在极低频率下也能挽回运转。因此它比异步电机的调速规模更宽。而与直流伺服电机比拟,它没有刻板换向器,出格是它没有了碳刷,齐备清扫了换向时形成火花对刻板形成的磨损,另应酬流伺服电机自带一个编码器。可能随时将电机运转的状况“讲述”给驱动器,驱动器又依照取得的“讲述”更精准的统制电机的运转。由此可睹换取伺服电机甜头确实良众。然而技艺含量也高了,价值也高了。最首要是对调取伺服电机的调试技艺降低了。也便是电机虽好,假若调试欠好雷同是题目众众。 伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器统制的U/V/W三相电变成电磁场,转子正在此磁场的效力下转动,同时电机自带的编码器反应信号给驱动器,驱动器依照反应值与标的值举行比拟,调解转子转动的角度。伺服电机的精度决意于编码器的精度(线. 什么是伺服电机?有几品种型?任务特质是什么?

  答:伺服电动机又称推行电动机,正在主动统制体系中,用作推行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速率输出。分为直流和换取伺服电动机两大类,其合键特质是,当信号电压为零时无自转景象,转速跟着转矩的添补而匀速降低,请问换取伺服电机和无刷直流伺服电机正在成效上有什么区别?答:换取伺服要好少许,由于是正弦波统制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比拟单纯,低廉。

  永磁换取伺服电动机20世纪80年代今后,跟着集成电途、电力电子技艺和换取可变速驱动技艺的生长,永磁换取伺服驱动技艺有了卓绝的生长,各邦闻名电气厂商接踵推出各自的换取伺服电动机和伺服驱动器系列产物并陆续美满和更新。换取伺服体系已成为今世高机能伺服体系的合键生长对象,使向来的直流伺服面对被裁减的垂危。90年代往后,天下各邦仍旧商品化了的换取伺服体系是采用全体字统制的正弦波电动机伺服驱动。换取伺服驱动装备正在传动范畴的生长日眉月异。永磁换取伺服电动机同直流伺服电动机比拟,合键甜头有:⑴无电刷和换向器,因而任务牢靠,对爱护和调理央浼低。⑵定子绕组散热比拟容易。⑶惯量小,易于降低体系的疾速性。⑷合适于高速鼎力矩任务形态。⑸同功率下有较小的体积和重量。

  换取伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机好似,它的定子上装有两个正在空间相差90电角度的绕组,即励磁绕组和统制绕组。运转时励磁绕组永远加上必定的换取励磁电压,统制绕组上则加巨细或相位随信号蜕变的统制电压。转子的构造体例笼型转子和空心杯型转子两种。笼型转子的构造与通常笼型异步电动机的转子沟通,但转子做的颀长,转子导体用高电阻率的原料作成。其宗旨是为了减小转子的转动惯量,添补启动转矩对输入信号的疾速响应和制胜自转景象。空心杯形转子换取伺服电动机的定子分为外定子和内定子两一面。外定子的构造与笼型换取伺服电动机的定子沟通,死心槽内放有两相绕组。空心杯形转子由导电的非磁性原料(如铝)做成薄壁筒形,放正在内、外定子之间。杯子底部固定于转轴上,杯臂薄而轻,厚度通常正在0.20.8mm,于是转动惯量小,手脚速且智慧。

  换取伺服电动机的任务道理和单相异步电动机好似,LL是有固定电压励磁的励磁绕组,LK是有伺服放大器供电的统制绕组,两相绕组正在空间相差90电角度。假若IL与Ik 的相位差为90,而两相绕组的磁动势幅值又相当,这种形态称为对称形态。与单相异步电动机雷同,这时正在气隙中形成的合成磁场为一挽回磁场,其转速称为同步转速。挽回磁场与转子导体相对切割,正在转子中形成感想电流。转子电流与挽回磁场互相效力形成转矩,使转子挽回。假若改造加正在统制绕组上的电流的巨细或相位差,就摧毁了对称形态,使挽回磁场削弱,电动机的转速降低。电机的任务形态越过错称,总电磁转矩就越小,当除去统制绕组上信号电压往后,电动机马上罢休转动。这是换取伺服电动机正在运转上与日常异步电动机的区别。换取伺服电动机有以下三种转速统制式样:

  (1)幅值统制 统制电流与励磁电流的相位差依旧90稳固,改造统制电压的巨细。(2) 相位统制 统制电压与励磁电压的巨细,依旧额定值稳固,改造统制电压的相位。

  (3)幅值相位统制 同时改造统制电压幅值和相位。换取伺服电动机转轴的转向随统制电压相位的反相而改造。

  伺服电动机的任务性情是以刻板性情和调动性情为外征。正在统制电压必定时,负载添补,转速降低;它的调动性情是正在负载必定时,统制电压越高,转速也越高。伺服电动机有三个明显特质:

  (1)启动转矩大因为转子导体电阻很大,可使临界转差率Sm>1,定子一加上统制电压,转子马上启动运转.

  (3)无自转景象统制信号磨灭后,电动机挽回不断的景象称"自转".自转景象摧毁了伺服性,显着要避免.寻常运转的伺服电动机只消失落统制电压后,伺服电动机就处于单相运转形态。因为转子导体电阻足够大,使得总电磁转矩永远是制动性的转矩,当电动机正转时失落Uk(统制电压),形成的转矩为负(0<S<1)。而反转时失落UK,形成的转矩为正(1〈S〈2时〉,不会形成自转景象,可能自行制动,赶速罢休运转,这也是换取伺服电动机与异步电动机的首要区别。

  分歧类型的换取伺服电动机具有分歧的特质。笼型转子换取伺服电动机具有励磁电流较小、体积较小、刻板强度上等特质;然而低速运转不敷安定,有颤动景象。空心杯形转子换取伺服电动机具有构造单纯、爱护容易、转动惯量小、运转滑润、噪声小、没有无线电扰乱、无颤动景象等甜头;然而励磁电流较大,体积也较大,转子易变形,机能上不足直流伺服电动机。

  换取伺服电动机实用于0.1100W小功率主动统制体系中,频率有50Hz、400Hz等众种。笼型转子换取伺服电动机产物为SL系列。空心杯形转子换取伺服电动机为SK系列,用于央浼运转滑润的体系中。

  直流伺服电动机的根基构造与日常他励直流电动机雷同,所分歧的是直流伺服电动机的电枢电流很小,换向并不贫穷,因而都不消装换向磁极,而且转子做得颀长,气隙较小,磁途不饱和,电枢电阻较大。按励磁式样分歧,可分为电磁式和永磁式两种,电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁绕组形成,通常用他励式;永磁式直流伺服电动机的磁场由永世磁铁形成,无需励磁绕组和励磁电流,可减小体积和损耗。为了合适各样分歧体系的必要,从构造上作了很众矫正,又生长了低惯量的无槽电枢、空心杯形电枢、印制绕组电枢和无刷直流伺服电动机等种类。

  电磁式直流伺服电动机的任务道理和他励式直流电动机同,因而电磁式直流伺服电动机有两种统制转速式样:电枢统制和磁场统制。对永磁式直流伺服电动机来说,当然只要电枢统制调速一种式样。因为磁场统制调速式样的机能不如电枢统制调速式样,故直流伺服电动机通常都采用电枢统制调速。直流伺服电动机转轴的转向随统制电压的极性改造而改造。

  直流伺服电动机的刻板性情与他励直流电动机好似,即n=n0-T。当励磁稳固时,对分歧电压Ua有一组降低的平行直线。

  直流伺服电动机实用于功率稍大(1600W)的主动统制体系中。与换取伺服电动机比拟,它的调速线性好,体积小,质地轻,启动转矩大,输出功率大。但它的构造丰富,出格是低速稳固性差,有火花会惹起无线电扰乱。近年来,生长了低惯量的无槽电枢电动机、空心杯形电枢电动机、印制绕组电枢电动机和无刷直流伺服电动机,来降低疾速相应才力,合适主动统制体系的生长必要,如电视摄象机、灌音机、伺服电机的结构XY函数记载永磁换取伺服电动机

  20世纪80年代今后,跟着集成电途、电力电子技艺和换取可变速驱动技艺的生长,永磁换取伺服驱动技艺有了卓绝的生长,各邦闻名电气厂商接踵推出各自的换取伺服电动机和伺服驱动器系列产物并陆续美满和更新。换取伺服体系已成为今世高机能伺服体系的合键生长对象,使向来的直流伺服面对被裁减的垂危。90年代往后,天下各邦仍旧商品化了的换取伺服体系是采用全体字统制的正弦波电动机伺服驱动。换取伺服驱动装备正在传动范畴的生长日眉月异。永磁换取伺服电动机同直流伺服电动机比拟,合键甜头有:

  自从德邦MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部正在1978年汉诺威商业展览会上正式推出MAC永磁换取伺服电动机和驱动体系,这记号着此种新一代换取伺服技艺已进入适用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完全的系列产物。总共伺打扮备市集都转向了换取体系。早期的模仿体系正在诸如零漂、抗扰乱、牢靠性、精度和柔性等方面存正在缺乏,尚不行齐备知足运动统制的央浼,伺服电机的结构近年来跟着微统治器、新型数字信号统治器(DSP)的利用,展示了数字统制体系,统制一面可齐备由软件举行,差别称为摪胧 只瘮或摶旌鲜綌、撊 只瘮的永磁换取伺服体系。

  到目前为止,高机能的电伺服体系群众采用永磁同步型换取伺服电动机,统制驱动器众采用疾速、切实定位的全体字场所伺服体系。楷模分娩厂家如德邦西门子、美邦科尔摩根和日本松下及安川等公司。

  日本安川电机制制所推出的小型换取伺服电动机和驱动器,个中D系列实用于数控机床(最高转速为1000r/min,力矩为0.25~2.8N.m),R系列实用于机械人(最高转速为3000r/min,力矩为0.016~0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机统制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片统制,力矩震撼由24%下降到7%,并降低了牢靠性。如此,只用了几年期间变成了八个系列(功率规模为0.05~6kW)较完全的体例,知足了任务刻板、搬运机构、焊接刻板人、装置机械人、电子部件、加工刻板、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的分歧必要。

  以分娩机床数控装备而闻名的日本法奴克(Fanuc)公司,正在20世纪80年代中

  期也推出了S系列(13个规格)和L系列(5个规格)的永磁换取伺服电动机。L系列

  日本其他厂商,比如:三菱电动机(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)、东芝精机(SM系列)、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、立石电机(S系列)等浩繁厂商也进入了永磁换取伺服体系的角逐队伍。

  德邦力士乐公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列换取伺服电动机共有7个机座号92个规格。

  德邦西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁换取伺服电动机分为模范型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列换取伺服电动机与沟通输功效矩的直流伺服电动机IHU系列比拟,重量只要后者的1/2,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最众的可供6个轴的电动机统制。

  德邦宝石(BOSCH)公司分娩铁氧体永磁的SD系列(17个规格)和稀土永磁的SE系列(8个规格)换取伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动统制器。

  美邦闻名的伺打扮备分娩公司Gettys曾一度行为Gould 电子公司一个分部(Motion Control Division),伺服电机的结构分娩M600系列的换取伺服电动机和A600 系列的伺服

  驱动器。后兼并到AEG,规复了Gettys名称,推出A700全体字化的换取伺服体系。

  美邦A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动分一面娩1326型铁氧体永磁换取伺服电动机和1391型换取PWM伺服统制器。电动机囊括3个机座号共30个规格。

  I.D.(Industrial Drives)是美邦闻名的科尔摩根(Kollmorgen)的工业驱动分部,曾分娩BR-210、BR-310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列打算的摻鹣盗袛(Goldline)永磁换取伺服电动机,囊括B(小惯量)、M(中惯量)和EB(防爆型)三大类,有10、20、40、60、80五种机座号,每大类有42个规格,全盘采用钕铁硼永磁原料,力矩规模为0.84~111.2N.m,功率规模为0.54~15.7kW。配套的驱动器有BDS4(模仿型)、BDS5(数字型、含场所统制)和Smart Drive(数字型)三个系列, 最大贯串电流55A。Goldline系列代外了今世永磁换取伺服技艺最新程度。

  爱尔兰的Inland原为Kollmorgen正在外洋的一个分部,现兼并到AEG,以分娩直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而出名。分娩BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁换取伺服电动机和八种统制器。

  法邦Alsthom集团正在巴黎的Parvex工场分娩LC系列(长型)和GC系列(短型)

  原苏联为数控机床和机械人伺服统制开辟了两个系列的换取伺服电动机。个中ДBy系列采用铁氧体永磁,有两个机座号,每个机座号有3种死心长度,各有两种绕组数据,共12个规格,贯串力矩规模为7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁,6个机座号17个规格,力矩规模为0.1~170N.m,配套的是3ДБ型统制器。

  近年日本松下公司推出的全体字型MINAS系列换取伺服体系,个中永磁换取伺服电动机有MSMA系列小惯量型,功率从0.03~5kW,共18种规格;中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列,功率从0.75~4.5kW,共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率规模从0.5~5kW,有7种规格。

  韩邦三星公司近年开辟的全体字永磁换取伺服电动机及驱动体系,个中FAGA换取伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX众种型号,功率从15W~5kW。

  现正在常采用摴时浠 蕯(Powerrate)这一归纳目标行为伺服电动机的品格因数,量度比较各样交直流伺服电动机和步进电动机的动态相应机能。功率蜕变率外现电动机贯串(额定)力矩和转子转动惯量之比。

  按功率蜕变率举行盘算明白可知,永磁换取伺服电动机技艺目标以美邦I.D 的Goldline系列为最佳,德邦Siemens的IFT5系列次之。

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