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伺服电机内部组织及其职业道理

- 编辑:盐城鑫利龙机械制造有限公司 -

伺服电机内部组织及其职业道理

  互换伺服电动机定子的构制基础上与电容分相式单相异步电动机近似。其定子上装有两个场所互差90的绕组,一个是励磁绕组Rf,它永远接正在互换电压Uf上;另一个是限度绕组L,联接限度信号电压Uc。以是互换伺服电动机又称两个伺服电动机。

  互换伺服电动机的转子平时做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速限度、线性的死板特色,无“自转”景色和急速反映的本能,它与通常电动机比拟,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特质。目前行使较众的转子构造有两种样子: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,转子做得修长;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,为了减小磁道的磁阻,要正在空心杯形转子内安排固定的内定子。空心杯形转子的转动惯量很小,反响迟缓,况且运转安定,以是被通常采用。

  互换伺服电动机正在没有限度电压时,定子内唯有励磁绕组发生的脉动磁场,转子静止不动。当有限度电压时,定子内便发生一个挽救磁场,转子沿挽救磁场的偏向挽救,正在负载恒定的处境下,电动机的转速随限度电压的巨细而变动,当限度电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

  互换伺服电动机的处事道理与分相式单相异步电动机固然近似,但前者的转子电阻比后者大得众,以是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,其转矩特色弧线所示,与通常异步电动机的转矩特色弧线比拟,有显然的区别。它可使临界转差率S0>1,如此不但使转矩特色(死板特色)更逼近于线性,况且具有较大的起动转矩。以是,当定子一有限度电压,转子马上转动,即具有起动速、矫捷度高的特质。

  平常运转的伺服电动机,只须落空限度电压,电机马上休歇运转。当伺服电动机落空限度电压后,它处于单相运转形态,因为转子电阻大,定子中两个相反偏向挽救的挽救磁场与转子效率所发生的两个转矩特色(T1-S1、T2-S2弧线)以及合成转矩特色(T-S弧线)

  互换伺服电动机的输出功率平常是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。

  互换伺服电动机运转安定、噪音小。但限度特色辱骂线性,而且因为转子电阻大,损耗大,效用低,以是与同容量直流伺服电动机比拟,体积大、重量重,以是只合用于0.5-100W的小功率限度体例。

  伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器限度的U/V/W三相电造成电磁场,转子正在此磁场的效率下转动,同时电机自带的编码器反应信号给驱动器,驱动器遵照反应值与倾向值实行较量,调剂转子转动的角度。伺服电机的精度决策于编码器的精度(线数)。

  伺服电动机正在伺服体例中限度死板元件运转的发起机。是一种补助马达间接变速安装。又称实施电动机,正在主动限度体例中,用作实施元件,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。分为直流和互换伺服电动机两大类,其闭键特质是,当信号电压为零时无自转景色,转速跟着转矩的填充而匀速消浸。

  有刷电机本钱低,构造粗略,启动转矩大,调速限度宽,限度容易,必要爱护,但爱护容易(换碳刷),发生电磁骚扰,对情况有央求。以是它能够用于对本钱敏锐的通常工业和民用园地。

  无刷电机体积小,重量轻,着力大,反映速,速率高,惯量小,转动光滑,力矩不乱。限度丰富,容易实行智能化,其电子换相方法活跃,能够方波换相或正弦波换相。电机免爱护,效用很高,运转温度低,电磁辐射很小,长命命,可用于种种情况。

  互换伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动限度中平常都用同步电机,它的功率限度大,能够做到很大的功率。大惯量,最高转动速率低,且跟着功率增大而急速消浸。因此适合做低速安定运转的行使。

  伺服电动机又叫实施电动机,或叫限度电动机。正在主动限度体例中,伺服电动机是一个实施元件,它的效率是把信号(限度电压或相位)变换成死板位移,也即是把接纳到的电信号变为电机的必定转速或角位移。其容量平常正在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和互换之分。

  互换伺服电动机定子的构制基础上与电容分相式单相异步电动机近似,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,它永远接正在互换电压Uf上;另一个是限度绕组L,联接限度信号电压Uc。以是互换伺服电动机又称两个伺服电动机。

  互换伺服电动机的转子平时做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速限度、线性的死板特色,无“自转”景色和急速反映的本能,它与通常电动机比拟,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特质。目前行使较众的转子构造有两种样子: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,转子做得修长;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,为了减小磁道的磁阻,要正在空心杯形转子内安排固定的内定子,如图2所示。空心杯形转子的转动惯量很小,反响迟缓,况且运转安定,以是被通常采用。

  互换伺服电动机正在没有限度电压时,定子内唯有励磁绕组发生的脉动磁场,转子静止不动。当有限度电压时,定子内便发生一个挽救磁场,转子沿挽救磁场的偏向挽救,正在负载恒定的处境下,电动机的转速随限度电压的巨细而变动,当限度电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

  互换伺服电动机的处事道理与分相式单相异步电动机固然近似,但前者的转子电阻比后者大得众,以是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,其转矩特色弧线所示,与通常异步电动机的转矩特色弧线比拟,有显然的区别。它可使临界转差率S0>1,如此不但使转矩特色(死板特色)更逼近于线性,况且具有较大的起动转矩。以是,当定子一有限度电压,转子马上转动,即具有起动速、矫捷度高的特质。

  平常运转的伺服电动机,只须落空限度电压,电机马上休歇运转。当伺服电动机落空限度电压后,它处于单相运转形态,因为转子电阻大,定子中两个相反偏向挽救的挽救磁场与转子效率所发生的两个转矩特色(T1-S1、T2-S2弧线)以及合成转矩特色(T-S弧线所示,与通常的单相异步电动机的转矩特色(图中T-S弧线)差别。这时的合成转矩T是制动转矩,从而使电动机迟缓休歇运转。

  图5是伺服电动机单相运转时的死板特色弧线。负载必定时,限度电压Uc愈高,转速也愈高,正在限度电压必定时,负载填充,转速消浸。

  互换伺服电动机的输出功率平常是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。

  互换伺服电动机运转安定、噪音小。但限度特色辱骂线性,而且因为转子电阻大,损耗大,效用低,以是与同容量直流伺服电动机比拟,体积大、重量重,以是只合用于0.5-100W的小功率限度体例。

  直流伺服电动机的构造和缓常直流电动机一律,只是为了减小转动惯量而做得修长极少。它的励磁绕组和电枢诀别由两个独立电源供电。也有永磁式的,即磁极是永远磁铁。平时采用电枢限度,即是励磁电压f必定,创办的磁通量也是定值,而将限度电压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差别限度电压下(Uc为额定限度电压)的死板特色弧线。由图可睹:正在必定负载转矩下,当磁通稳固时,若是升高电枢电压,电机的转速就升高;反之,消浸电枢电压,转速就消浸;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。

  直流伺服电动机和互换伺服电动机比拟,它具有死板特色较硬、输出功率较大、不自转,起动转矩大等好处。

  互换伺服电机的定子装有三相对称的绕组,而转子是永远磁极。当定子的绕组中通过三相电源后,定子与转子之间一定发生一个挽救场。这个挽救磁场的转速称为同步转速。电机的转速也即是磁场的转速。因为转子有磁极,以是正在极低频率下也能挽救运转。以是它比异步电机的调速限度更宽。而与直流伺服电机比拟,它没有死板换向器,极度是它没有了碳刷,完整废除了换向时发生火花对死板酿成的磨损,另交际流伺服电机自带一个编码器。能够随时将电机运转的处境“呈文”给驱动器,驱动器又遵照获得的“呈文”改动确的限度电机的运转。由此可睹互换伺服电机好处确实良众。但是身手含量也高了,价钱也高了。最首要是对互换伺服电机的调试身手提升了。也即是电机虽好,若是调试欠好一律是题目众众。 伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器限度的U/V/W三相电造成电磁场,转子正在此磁场的效率下转动,同时电机自带的编码器反应信号给驱动器,驱动器遵照反应值与倾向值实行较量,调剂转子转动的角度。伺服电机的精度决策于编码器的精度(线. 什么是伺服电机?有几品种型?处事特质是什么?

  答:伺服电动机又称实施电动机,正在主动限度体例中,用作实施元件,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。分为直流和互换伺服电动机两大类,其闭键特质是,当信号电压为零时无自转景色,转速跟着转矩的填充而匀速消浸,请问互换伺服电机和无刷直流伺服电机正在功效上有什么区别?答:互换伺服要好极少,由于是正弦波限度,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服较量粗略,低廉。

  永磁互换伺服电动机20世纪80年代从此,跟着集成电道、电力电子身手和互换可变速驱开航手的起色,永磁互换伺服驱开航手有了优秀的起色,各邦出名电气厂商接踵推出各自的互换伺服电动机和伺服驱动器系列产物并不绝完竣和更新。互换伺服体例已成为今世高本能伺服体例的闭键起色偏向,使正本的直流伺服面对被裁汰的风险。90年代从此,天下各邦仍然商品化了的互换伺服体例是采用扫数字限度的正弦波电动机伺服驱动。互换伺服驱动安装正在传动周围的起色日月牙异。永磁互换伺服电动机同直流伺服电动机较量,闭键好处有:⑴无电刷和换向器,以是处事牢靠,对爱护和爱护央求低。⑵定子绕组散热较量容易。⑶惯量小,易于提升体例的急速性。⑷顺应于高速鼎力矩处事形态。⑸同功率下有较小的体积和重量。

  互换伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机近似,它的定子上装有两个正在空间相差90电角度的绕组,即励磁绕组和限度绕组。运转时励磁绕组永远加上必定的互换励磁电压,限度绕组上则加巨细或相位随信号变动的限度电压。转子的构造样子笼型转子和空心杯型转子两种。笼型转子的构造与平常笼型异步电动机的转子一样,但转子做的修长,转子导体用高电阻率的原料作成。其目标是为了减小转子的转动惯量,填充启动转矩对输入信号的急速反响和取胜自转景色。空心杯形转子互换伺服电动机的定子分为外定子和内定子两局限。外定子的构造与笼型互换伺服电动机的定子一样,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,厚度平常正在0.20.8mm,因此转动惯量小,行为速且矫捷。

  互换伺服电动机的处事道理和单相异步电动机近似,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限度绕组,两相绕组正在空间相差90电角度。若是IL与Ik 的相位差为90,而两相绕组的磁动势幅值又相称,这种形态称为对称形态。与单相异步电动机一律,这时正在气隙中发生的合成磁场为一挽救磁场,其转速称为同步转速。挽救磁场与转子导体相对切割,正在转子中发生感觉电流。转子电流与挽救磁场互相效率发生转矩,使转子挽救。若是改造加正在限度绕组上的电流的巨细或相位差,就破损了对称形态,使挽救磁场削弱,电动机的转速消浸。电机的处事形态越过错称,总电磁转矩就越小,当除去限度绕组上信号电压从此,电动机马上休歇转动。这是互换伺服电动机正在运转上与通常异步电动机的区别。互换伺服电动机有以下三种转速限度方法:

  (1)幅值限度 限度电流与励磁电流的相位差仍旧90稳固,改造限度电压的巨细。(2) 相位限度 限度电压与励磁电压的巨细,仍旧额定值稳固,改造限度电压的相位。

  (3)幅值相位限度 同时改造限度电压幅值和相位。互换伺服电动机转轴的转向随限度电压相位的反相而改造。

  伺服电动机的处事特色是以死板特色和治疗特色为外征。正在限度电压必定时,负载填充,转速消浸;它的治疗特色是正在负载必定时,限度电压越高,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,定子一加上限度电压,转子马上启动运转.

  (3)无自转景色限度信号磨灭后,电动机挽救连续的景色称"自转".自转景色破损了伺服性,明确要避免.平常运转的伺服电动机只须落空限度电压后,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,当电动机正转时落空Uk(限度电压),发生的转矩为负(0<S<1)。而反转时落空UK,发生的转矩为正(1〈S〈2时〉,不会发生自转景色,能够自行制动,迟缓休歇运转,这也是互换伺服电动机与异步电动机的首要区别。

  差别类型的互换伺服电动机具有差别的特质。笼型转子互换伺服电动机具有励磁电流较小、体积较小、死板强度上等特质;然而低速运转不敷安定,有颤栗景色。空心杯形转子互换伺服电动机具有构造粗略、爱护容易、转动惯量小、运转光滑、噪声小、没有无线电骚扰、无颤栗景色等好处;然而励磁电流较大,体积也较大,转子易变形,本能上不足直流伺服电动机。

  互换伺服电动机合用于0.1100W小功率主动限度体例中,频率有50Hz、400Hz等众种。笼型转子互换伺服电动机产物为SL系列。空心杯形转子互换伺服电动机为SK系列,用于央求运转光滑的体例中。

  直流伺服电动机的基础构造与通常他励直流电动机一律,所差别的是直流伺服电动机的电枢电流很小,换向并不坚苦,以是都不必装换向磁极,而且转子做得修长,气隙较小,磁道不饱和,电枢电阻较大。按励磁方法差别,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发生,平常用他励式;永磁式直流伺服电动机的磁场由永远磁铁发生,无需励磁绕组和励磁电流,可减小体积和损耗。为了顺应种种差别体例的必要,从构造上作了很众鼎新,又起色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处事道理和他励式直流电动机同,以是电磁式直流伺服电动机有两种限度转速方法:电枢限度和磁场限度。对永磁式直流伺服电动机来说,当然唯有电枢限度调速一种方法。因为磁场限度调速方法的本能不如电枢限度调速方法,故直流伺服电动机平常都采用电枢限度调速。直流伺服电动机转轴的转向随限度电压的极性改造而改造。

  直流伺服电动机的死板特色与他励直流电动机近似,即n=n0-T。当励磁稳固时,对差别电压Ua有一组消浸的平行直线。

  直流伺服电动机合用于功率稍大(1600W)的主动限度体例中。与互换伺服电动机比拟,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,极度是低速不乱性差,有火花会惹起无线电骚扰。近年来,起色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,来提升急速反映才气,伺服电机的结构顺应主动限度体例的起色必要,如电视摄象机、灌音机、XY函数记实永磁互换伺服电动机

  20世纪80年代从此,跟着集成电道、电力电子身手和互换可变速驱开航手的起色,永磁互换伺服驱开航手有了优秀的起色,各邦出名电气厂商接踵推出各自的互换伺服电动机和伺服驱动器系列产物并不绝完竣和更新。互换伺服体例已成为今世高本能伺服体例的闭键起色偏向,使正本的直流伺服面对被裁汰的风险。90年代从此,天下各邦仍然商品化了的互换伺服体例是采用扫数字限度的正弦波电动机伺服驱动。互换伺服驱动安装正在传动周围的起色日月牙异。永磁互换伺服电动机同直流伺服电动机较量,闭键好处有:

  自从德邦MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部正在1978年汉诺威交易展览会上正式推出MAC永磁互换伺服电动机和驱动体例,这象征着此种新一代互换伺服身手已进入适用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完备的系列产物。伺服电机的结构全体伺服安装墟市都转向了互换体例。早期的模仿体例正在诸如零漂、抗骚扰、牢靠性、伺服电机的结构精度和柔性等方面存正在亏空,尚不行完整满意运动限度的央求,近年来跟着微处置器、新型数字信号处置器(DSP)的行使,闪现了数字限度体例,限度局限可完整由软件实行,诀别称为摪胧 只瘮或摶旌鲜綌、撊 只瘮的永磁互换伺服体例。

  到目前为止,高本能的电伺服体例公众采用永磁同步型互换伺服电动机,限度驱动器众采用急速、确切定位的扫数字场所伺服体例。范例临盆厂家如德邦西门子、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互换伺服电动机和驱动器,个中D系列合用于数控机床(最高转速为1000r/min,力矩为0.25~2.8N.m),R系列合用于呆板人(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单片机限度改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片限度,力矩摇动由24%消浸到7%,并提升了牢靠性。如此,只用了几年时候造成了八个系列(功率限度为0.05~6kW)较完备的系统,满意了处事死板、搬运机构、焊接死板人、安装呆板人、电子部件、加工死板、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的差别必要。

  以临盆机床数控安装而出名的日本法奴克(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)的永磁互换伺服电动机。L系列

  日本其他厂商,比方: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)等稠密厂商也进入了永磁互换伺服体例的比赛队伍。

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

  德邦西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁互换伺服电动机分为规范型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列互换伺服电动机与一样输着力矩的直流伺服电动机IHU系列比拟,重量唯有后者的1/2,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最众的可供6个轴的电动机限度。

  德邦宝石(BOSCH)公司临盆铁氧体永磁的SD系列(17个规格)和稀土永磁的SE系列(8个规格)互换伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动限度器。

  美邦出名的伺服安装临盆公司Gettys曾一度动作Gould 电子公司一个分部(Motion Control Division),临盆M600系列的互换伺服电动机和A600 系列的伺服

  驱动器。后团结到AEG,克复了Gettys名称,推出A700扫数字化的互换伺服体例。

  美邦A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动分部临盆1326型铁氧体永磁互换伺服电动机和1391型互换PWM伺服限度器。电动机网罗3个机座号共30个规格。

  I.D.(Industrial Drives)是美邦出名的科尔摩根(Kollmorgen)的工业驱动分部,曾临盆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计划的摻鹣盗袛(Goldline)永磁互换伺服电动机,网罗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,伺服电机的结构完全采用钕铁硼永磁原料,力矩限度为0.84~111.2N.m,功率限度为0.54~15.7kW。配套的驱动器有BDS4(模仿型)、BDS5(数字型、含场所限度)和Smart Drive(数字型)三个系列, 最大相联电流55A。Goldline系列代外了今世永磁互换伺服身手最新秤谌。

  爱尔兰的Inland原为Kollmorgen正在海外的一个分部,现团结到AEG,以临盆直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而着名。临盆BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁互换伺服电动机和八种限度器。

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

  原苏联为数控机床和呆板人伺服限度开拓了两个系列的互换伺服电动机。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,相联力矩限度为7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁,6个机座号17个规格,力矩限度为0.1~170N.m,配套的是3ДБ型限度器。

  近年日本松下公司推出的扫数字型MINAS系列互换伺服体例,个中永磁互换伺服电动机有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限度从0.5~5kW,有7种规格。

  韩邦三星公司近年开拓的扫数字永磁互换伺服电动机及驱动体例,个中FAGA互换伺服电动机系列有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)这一归纳目标动作伺服电动机的品德因数,权衡对照种种交直流伺服电动机和步进电动机的动态反映本能。功率变动率流露电动机相联(额定)力矩和转子转动惯量之比。

  按功率变动率实行估计阐明可知,永磁互换伺服电动机身手目标以美邦I.D 的Goldline系列为最佳,德邦Siemens的IFT5系列次之。

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