交流电机的工作原理

交流伺服电机的工作原理 伺服电机内部的转子是永磁铁， 驱动器控制的 U/V/W 三相电形成 电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信 号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的 角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数） 。 什么是伺服电机？有几种类型？工作特点是什么？ 答：伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行 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度输出。 分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零 时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降，永磁交流伺服电动 机 20 世纪 80 年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变 速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著 名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品 并不断完善和更新。 交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要 发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90 年代以后，世 界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电 动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁 交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： ⑴无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。 ⑵定子绕组散热比较方便。 ⑶惯量小，易于提高系统的快速性。 ⑷适应于高速大力矩工作状态。 ⑸同功率下有较小的体积和重量。 自从德国 MANNESMANN 的 Rexroth 公司的 Indramat 分部在 1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱 动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到 20 世纪 80 年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装 置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可 靠性、 精度和柔性等方面存在不足， 尚不能完全满足运动控制的要求， 近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了 数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为摪胧只瘮或 摶旌鲜綌、撊只瘮的永磁交流伺服系统。 到目前为止， 高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服 电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。 典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公 司。 日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器， 其中 D 系列适用于数控机床（最高转速为 1000r/min，力矩为 0.25～ 2.8N.m） ， R系列适用于机器人 （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 单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU 和门阵列芯片控制，力 矩波动由 24％降低到 7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间 形成了八个系列（功率范围为 0.05～6kW）较完整的体系，满足了工 作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、 印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。 以生产机床数控装置而著名的日本法奴克（Fanuc）公司，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）的永磁交 流伺服电动机。L 系列 有较小的转动惯量和机械时间常数， 适用于要求特别快速响应的 位置伺服系统。 日本其他厂商， 例如： 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）等众多厂商也进 入了永磁交流伺服系统的竞争行列。 德国力士乐公司（Rexroth）的 Indramat 分部的 MAC 系列交流伺 服电动机共有 7 个机座号 92 个规格。 德国西门子（Siemens）公司的 IFT5 系列三相永磁交流伺服电动 机分为标准型和短型两大类，共 8 个机座号 98 种规格。据称该系列 交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机 IHU 系列相比， 重量只有后者的 1／2，配套的晶体管脉宽调制驱动器 6SC61 系列， 最多的可供 6 个轴的电动机控制。 德国宝石（BOSCH）公司生产铁氧体永磁的 SD 系列（17 个规 格） 和稀土永磁的 SE 系列 （8 个规格） 交流伺服电动机和 Servodyn SM 系列的驱动控制器。 美国著名的伺服装置生产公司 Gettys 曾一度作为 Gould 电子公 司一个分部（Motion Control Division） ，生产 M600 系列的交流伺服 电动机和 A600 系列的伺服驱动器。后合并到 AEG，恢复了 Gettys 名称，推出 A700 全数字化的交流伺服系统。 美国 A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驱动分部生产 1326 型铁氧 体永磁交流伺服电动机和 1391 型交流 PWM 伺服控制器。电动机包 括 3 个机座号共 30 个规格。 I.D.（Industrial Drives）是美国著名的科尔摩根（Kollmorgen）的 工业驱动分部，曾生产 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 全新系列设计的摻鹣盗袛（Goldline）永磁交流伺服电动机，包括 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，全部采用钕铁硼永磁材料， 力矩范围为 0.84～111.2N.m， 功率范围为 0.54～15.7kW。 配套的驱动 器有 BDS4（模拟型） 、BDS5（数字型、含位置控制）和 Smart Drive （数字型）三个系列， 最大连续电流 55A。Goldline 系列代表了当 代永磁交流伺服技术最新水平。 爱尔兰的 Inland 原为 Kollmorgen 在国外的一个分部，现合并到 AEG， 以生产直流伺服电动机、 直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。 生产 BHT1100、2200、3300 三种机座号共 17 种规格的 SmCo 永磁交 流伺服电动机和八种控制器。 法国 Alsthom 集团在巴黎的 Parvex 工厂生产 LC 系列（长型）和 GC 系列（短型） 交流伺服电动机共 14 个规格，并生产 AXODYN 系列驱动器。 原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺 服电动机。其中 ДBy 系列采用铁氧体永磁，有两个机座号，每个机 座号有 3 种铁心长度，各有两种绕组数据，共 12 个规格，连续力矩 范围为 7～35N.m。2ДBy 系列采用稀土永磁，6 个机座号 17 个规格， 力矩范围为 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数字型 MINAS 系列交流伺服系统， 其中永磁交流伺服电动机有 MSMA 系列小惯量型，功率从 0.03