交流伺服電機(jī)

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的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)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，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)）

中文名

交流伺服電機(jī)

優(yōu) 點(diǎn)

定子繞組散熱比較方便

應(yīng) 用

物料計(jì)量，供送物料

類 型

異步型，同步型

基本常識(shí)

交流伺服電機(jī)的基本常識(shí)

交流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)主要可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。其中定子的結(jié)構(gòu)與旋轉(zhuǎn)變壓器的定子基本相同，在定子鐵心中也安放著空間互成90度電角度的兩相繞組。其中一組為激磁繞組，另一組為控制繞組，交流伺服電動(dòng)機(jī)是一種兩相的交流電動(dòng)機(jī)。 交流伺服電動(dòng)機(jī)使用時(shí)，激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓Uf，控制繞組兩端施加控制電壓Uk。當(dāng)定子繞組加上電壓后，伺服電動(dòng)機(jī)很快就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。 通入勵(lì)磁繞組及控制繞組的電流在電機(jī)內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)向決定了電機(jī)的轉(zhuǎn)向，當(dāng)任意一個(gè)繞組上所加的電壓反相時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向就發(fā)生改變，電機(jī)的方向也發(fā)生改變。 為了在電機(jī)內(nèi)形成一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，要求激磁電壓Uf和控制電壓UK之間應(yīng)有90度的相位差，常用的方法有：

利用三相電源的相電壓和線電壓構(gòu)成90度的移相

利用三相電源的任意線電壓

采用移相網(wǎng)絡(luò)

在激磁相中串聯(lián)電容器

構(gòu)造

交流伺服電機(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)。

歷史與優(yōu)點(diǎn)

歷史

20世紀(jì)80年代以來(lái)，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)電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷*和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代伺服系統(tǒng)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(jī)。90年代以后，已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。

優(yōu)點(diǎn)

無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。

定子繞組散熱比較方便。

慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。

適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)。

基本應(yīng)用

物料計(jì)量

粉狀物料的計(jì)量，常用螺桿計(jì)量的方式．通過(guò)螺桿旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)的多少來(lái)達(dá)到計(jì)量的目的。為了提高計(jì)量的精度，要求螺桿的轉(zhuǎn)速可調(diào)、位置定位準(zhǔn)確，如果用交流伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)螺桿，利用交流伺服電機(jī)控制精度高、矩頻特性好的優(yōu)點(diǎn)可以達(dá)到快速計(jì)量同樣．對(duì)粘稠體物料的計(jì)量，可以采用交流伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)齒輪泵，通過(guò)齒輪泵的一對(duì)齒輪的嚙合來(lái)進(jìn)行計(jì)量。

橫封裝置

在制袋式自動(dòng)包裝機(jī)械中，橫封裝置是一個(gè)重要的機(jī)構(gòu)，它不僅要求定位準(zhǔn)確，還要求橫向封臺(tái)時(shí)橫封輪的線速度與薄膜供送的速度相等，而且在橫封輪對(duì)滾后，橫封輪的轉(zhuǎn)速應(yīng)增大，即以較快的速度相分離。

傳統(tǒng)的方法是通過(guò)偏心輪或曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等機(jī)械的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣不僅機(jī)構(gòu)復(fù)雜、可靠性低，且調(diào)整十分麻煩。如果用交流伺服電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)橫封輪，可以利用交流伺服電機(jī)優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能，通過(guò)交流伺服電機(jī)的非恒速運(yùn)動(dòng)來(lái)滿足橫向封口的要求，提高工作質(zhì)量和效率。

供送物料

包裝機(jī)械供送物料的工作方式有間歇式和連續(xù)式兩類。

在間歇式供送物料方式中，如在間歇式制袋包裝機(jī)上，以前，包裝膜的供送多采用曲柄連桿機(jī)構(gòu)間歇拉帶的方式，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)整也困難。如果用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)拉帶輪，可以在控制器中事先設(shè)定交流伺服電機(jī)每次運(yùn)行的距離、運(yùn)行的時(shí)間和停頓的時(shí)間，利用交流伺服電機(jī)的優(yōu)良加速和定位性能，達(dá)到準(zhǔn)確控制供送薄膜的長(zhǎng)度的目的。尤其是在具有色標(biāo)糾偏裝置的控制系統(tǒng)中，通過(guò)色標(biāo)檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)到的偏差信號(hào)，經(jīng)控制器輸送到交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)優(yōu)良的加速性能和控制精度，可以使偏差得到快速準(zhǔn)確的糾正。

在連續(xù)式供送物料方式中，交流伺服電機(jī)的優(yōu)良加速性能及其過(guò)載能力，可以保證連續(xù)勻速的供送物料。

基本類型

長(zhǎng)期以來(lái)，在要求調(diào)速性能較高的場(chǎng)合，一直占據(jù)主導(dǎo)地位的是應(yīng)用直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)。但直流電動(dòng)機(jī)都存在一些固有的缺點(diǎn)，如電刷和換向器易磨損，需經(jīng)常維護(hù)。換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，使電動(dòng)機(jī)的速度受到限制，也使應(yīng)用環(huán)境受到限制，而且直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，所用鋼鐵材料消耗大，制造成本高。而交流電動(dòng)機(jī)，特別是鼠籠式感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有上述缺點(diǎn)，且轉(zhuǎn)子慣量較直流電機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。在同樣體積下，交流電動(dòng)機(jī)輸出功率可比直流電動(dòng)機(jī)提高10﹪～70﹪，此外，交流電動(dòng)機(jī)的容量可比直流電動(dòng)機(jī)造得大，達(dá)到更高的電壓和轉(zhuǎn)速。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床都傾向采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，交流伺服驅(qū)動(dòng)已有取代直流伺服驅(qū)動(dòng)之勢(shì)。

異步型

異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)指的是交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。它有三相和單相之分，也有鼠籠式和線繞式，通常多用鼠籠式三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，與同容量的直流電動(dòng)機(jī)相比，質(zhì)量輕1/2，價(jià)格僅為直流電動(dòng)機(jī)的1/3。缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)范圍很廣的平滑調(diào)速，必須從電網(wǎng)吸收滯后的勵(lì)磁電流。因而令電網(wǎng)功率因數(shù)變壞。

這種鼠籠轉(zhuǎn)子的異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)稱為異步型交流伺服電動(dòng)機(jī)，用IM表示。

同步型

同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)雖較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，但比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。它的定子與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，都在定子上裝有對(duì)稱三相繞組。而轉(zhuǎn)子卻不同，按不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。其中磁滯式和反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)存在效率低、功率因數(shù)較差、制造容量不大等缺點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床中多用永磁式同步電動(dòng)機(jī)。與電磁式相比，永磁式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率較高；缺點(diǎn)是體積大、啟動(dòng)特性欠佳。但永磁式同步電動(dòng)機(jī)采用高剩磁感應(yīng)，高矯頑力的稀土類磁鐵后，可比直流電動(dòng)外形尺寸約小1/2，質(zhì)量減輕60﹪，轉(zhuǎn)子慣量減到直流電動(dòng)機(jī)的1/5。它與異步電動(dòng)機(jī)相比，由于采用了永磁鐵勵(lì)磁，消除了勵(lì)磁損耗及有關(guān)的雜散損耗，所以。又因?yàn)闆](méi)有電磁式同步電動(dòng)機(jī)所需的集電環(huán)和電刷等，其機(jī)械可靠性與感應(yīng)（異步）電動(dòng)機(jī)相同，而功率因數(shù)卻大大高于異步電動(dòng)機(jī)，從而使永磁同步電動(dòng)機(jī)的體積比異步電動(dòng)機(jī)小些。這是因?yàn)樵诘退贂r(shí)，感應(yīng)（異步）電動(dòng)機(jī)由于功率因數(shù)低，輸出同樣的有功功率時(shí)，它的視在功率卻要大得多，而電動(dòng)機(jī)主要尺寸是據(jù)視在功率而定的。

具體參數(shù)

精度

步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為1．8。(兩相)或0．72。(五相)，而交流伺服電機(jī)的精度取決于電機(jī)編碼器的精度。以伺服電機(jī)為例，其編碼器為l6位，驅(qū)動(dòng)器每接收2的16次方=65 536個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，其脈沖當(dāng)量為360‘/65 536=0，0055 ；并實(shí)現(xiàn)了位置的閉環(huán)控制．從根本上克服了步進(jìn)電機(jī)的失步問(wèn)題。

矩頻特性

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，其工作轉(zhuǎn)速一般在每分鐘幾十轉(zhuǎn)到幾百轉(zhuǎn)。而交流伺服電機(jī)在其額定轉(zhuǎn)速(一般為2000r/min或3000r/min)以內(nèi)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，在額定轉(zhuǎn)速以E為恒功率輸出。

過(guò)載能力

以松下交流伺服電機(jī)為例。

加速性能

步進(jìn)電機(jī)空載時(shí)從靜止加速到每分鐘幾百轉(zhuǎn)，需要200~400ms：交流伺服電機(jī)的加速性能較好．