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伺服电机内部构造及其任务道理

日期:2020-03-17编辑作者:产品中心

  相易伺服电动机定子的构制根本上与电容分相式单相异步电动机肖似。其定子上装有两个地点互差90的绕组,一个是励磁绕组Rf,它永远接正在相易电压Uf上;另一个是节制绕组L,联接节制信号电压Uc。是以相易伺服电动机又称两个伺服电动机。

  相易伺服电动机的转子平日做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速领域、线性的板滞性格,无“自转”景象和迅疾相应的功能,它与平淡电动机比拟,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特质。目前运用较众的转子构造有两种格式:一种是采用高电阻率的导电资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,伺服电机的结构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,反映神速,况且运转平定,所以被通俗采用。

  相易伺服电动机正在没有节制电压时,定子内只要励磁绕组出现的脉动磁场,转子静止不动。当有节制电压时,定子内便出现一个扭转磁场,转子沿扭转磁场的宗旨扭转,正在负载恒定的状况下,电动机的转速随节制电压的巨细而改变,当节制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

  相易伺服电动机的使命道理与分相式单相异步电动机固然肖似,但前者的转子电阻比后者大得众,是以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,其转矩性格弧线所示,与平淡异步电动机的转矩性格弧线比拟,有分明的区别。它可使临界转差率S0>1,云云不但使转矩性格(板滞性格)更靠近于线性,况且具有较大的起动转矩。所以,当定子一有节制电压,转子当即转动,即具有起动速、圆活度高的特质。

  寻常运转的伺服电动机,只消遗失节制电压,电机当即住手运转。当伺服电动机遗失节制电压后,它处于单相运转形态,因为转子电阻大,定子中两个相反宗旨扭转的扭转磁场与转子效力所出现的两个转矩性格(T1-S1、T2-S2弧线)以及合成转矩性格(T-S弧线)

  相易伺服电动机的输出功率日常是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。

  相易伺服电动机运转平定、噪音小。但节制性格詈骂线性,而且因为转子电阻大,损耗大,作用低,所以与同容量直流伺服电动机比拟,体积大、重量重,是以只合用于0.5-100W的小功率节制体例。

  伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器节制的U/V/W三相电造成电磁场,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,驱动器依据反应值与方向值举办比拟,调节转子转动的角度。伺服电机的精度断定于编码器的精度(线数)。

  伺服电动机正在伺服体例中节制板滞元件运转的鼓动机。是一种补助马达间接变速装配。又称实行电动机,正在自愿节制体例中,用作实行元件,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。分为直流和相易伺服电动机两大类,其要紧特质是,当信号电压为零时无自转景象,转速跟着转矩的补充而匀速消浸。

  有刷电机本钱低,构造粗略,启动转矩大,调速领域宽,节制容易,须要保卫,但保卫便当(换碳刷),出现电磁扰乱,对境况有请求。所以它可能用于对本钱敏锐的平淡工业和民用园地。

  无刷电机体积小,重量轻,效能大,相应速,速率高,惯量小,转动腻滑,力矩安宁。节制纷乱,容易杀青智能化,其电子换相办法机动,可能方波换相或正弦波换相。电机免保卫,作用很高,运转温度低,电磁辐射很小,龟龄命,可用于各式境况。

  相易伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动节制中日常都用同步电机,它的功率领域大,可能做到很大的功率。大惯量,最高转动速率低,且跟着功率增大而迅疾下降。因此适合做低速平定运转的运用。

  伺服电动机又叫实行电动机,或叫节制电动机。正在自愿节制体例中,伺服电动机是一个实行元件,它的效力是把信号(节制电压或相位)变换成板滞位移,也即是把采纳到的电信号变为电机的肯定转速或角位移。其容量日常正在0.1-100W,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和相易之分。

  相易伺服电动机定子的构制根本上与电容分相式单相异步电动机肖似,如图1所示。其定子上装有两个地点互差90的绕组,一个是励磁绕组Rf,它永远接正在相易电压Uf上;另一个是节制绕组L,联接节制信号电压Uc。是以相易伺服电动机又称两个伺服电动机。

  相易伺服电动机的转子平日做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速领域、线性的板滞性格,无“自转”景象和迅疾相应的功能,它与平淡电动机比拟,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特质。目前运用较众的转子构造有两种格式:一种是采用高电阻率的导电资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,反映神速,况且运转平定,所以被通俗采用。

  相易伺服电动机正在没有节制电压时,定子内只要励磁绕组出现的脉动磁场,转子静止不动。当有节制电压时,定子内便出现一个扭转磁场,转子沿扭转磁场的宗旨扭转,正在负载恒定的状况下,电动机的转速随节制电压的巨细而改变,当节制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

  相易伺服电动机的使命道理与分相式单相异步电动机固然肖似,但前者的转子电阻比后者大得众,是以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,其转矩性格弧线所示,与平淡异步电动机的转矩性格弧线比拟,有分明的区别。它可使临界转差率S0>1,云云不但使转矩性格(板滞性格)更靠近于线性,况且具有较大的起动转矩。所以,当定子一有节制电压,转子当即转动,即具有起动速、圆活度高的特质。

  寻常运转的伺服电动机,只消遗失节制电压,电机当即住手运转。当伺服电动机遗失节制电压后,它处于单相运转形态,因为转子电阻大,定子中两个相反宗旨扭转的扭转磁场与转子效力所出现的两个转矩性格(T1-S1、T2-S2弧线)以及合成转矩性格(T-S弧线所示,与平淡的单相异步电动机的转矩性格(图中T-S弧线)差异。这时的合成转矩T是制动转矩,从而使电动机神速住手运转。

  图5是伺服电动机单相运转时的板滞性格弧线。负载肯定时,节制电压Uc愈高,转速也愈高,正在节制电压肯定时,负载补充,转速消浸。

  相易伺服电动机的输出功率日常是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。

  相易伺服电动机运转平定、噪音小。但节制性格詈骂线性,而且因为转子电阻大,损耗大,作用低,所以与同容量直流伺服电动机比拟,体积大、重量重,是以只合用于0.5-100W的小功率节制体例。

  直流伺服电动机的构造和日常直流电动机相同,只是为了减小转动惯量而做得颀长极少。它的励磁绕组和电枢分辨由两个独立电源供电。也有永磁式的,即磁极是悠久磁铁。平日采用电枢节制,即是励磁电压f肯定,筑筑的磁通量也是定值,而将节制电压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差异节制电压下(Uc为额定节制电压)的板滞性格弧线。由图可睹:正在肯定负载转矩下,当磁通稳定时,假设升高电枢电压,电机的转速就升高;反之,下降电枢电压,转速就消浸;当Uc=0时,电动机当即停转。要电动机反转,可变动电枢电压的极性。

  直流伺服电动机和相易伺服电动机比拟,它具有板滞性格较硬、输出功率较大、不自转,起动转矩大等好处。

  相易伺服电机的定子装有三相对称的绕组,而转子是悠久磁极。当定子的绕组中通过三相电源后,定子与转子之间必定出现一个扭转场。这个扭转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,是以正在极低频率下也能扭转运转。是以它比异步电机的调速领域更宽。而与直流伺服电机比拟,它没有板滞换向器,希奇是它没有了碳刷,全部解除了换向时出现火花对板滞酿成的磨损,另交际流伺服电机自带一个编码器。可能随时将电机运转的状况“申报”给驱动器,驱动器又依据取得的“申报”调动确的节制电机的运转。由此可睹相易伺服电机好处确实良众。不过工夫含量也高了,价钱也高了。最主要是对相易伺服电机的调试工夫进步了。也即是电机虽好,假设调试欠好相同是题目众众。 伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器节制的U/V/W三相电造成电磁场,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,驱动器依据反应值与方向值举办比拟,调节转子转动的角度。伺服电机的精度断定于编码器的精度(线. 什么是伺服电机?有几品种型?使命特质是什么?

  答:伺服电动机又称实行电动机,正在自愿节制体例中,用作实行元件,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。分为直流和相易伺服电动机两大类,其要紧特质是,当信号电压为零时无自转景象,转速跟着转矩的补充而匀速消浸,请问相易伺服电机和无刷直流伺服电机正在效力上有什么区别?答:相易伺服要好极少,由于是正弦波节制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比拟粗略,低廉。

  永磁相易伺服电动机20世纪80年代此后,跟着集成电途、电力电子工夫和相易可变速驱动工夫的发达,永磁相易伺服驱动工夫有了卓绝的发达,各邦出名电气厂商接踵推出各自的相易伺服电动机和伺服驱动器系列产物并不竭完好和更新。相易伺服体例已成为现代高功能伺服体例的要紧发达宗旨,使正本的直流伺服面对被落选的告急。90年代往后,天下各邦依然商品化了的相易伺服体例是采用全盘字节制的正弦波电动机伺服驱动。相易伺服驱动装配正在传动范畴的发达日眉月异。永磁相易伺服电动机同直流伺服电动机比拟,要紧好处有:⑴无电刷和换向器,所以使命牢靠,对保卫和珍摄请求低。⑵定子绕组散热比拟便当。⑶惯量小,易于进步体例的迅疾性。⑷合适于高速大举矩使命形态。⑸同功率下有较小的体积和重量。

  相易伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机肖似,它的定子上装有两个正在空间相差90电角度的绕组,即励磁绕组和节制绕组。运转时励磁绕组永远加上肯定的相易励磁电压,节制绕组上则加巨细或相位随信号改变的节制电压。转子的构造格式笼型转子和空心杯型转子两种。笼型转子的构造与日常笼型异步电动机的转子相通,但转子做的颀长,转子导体用高电阻率的资料作成。其方针是为了减小转子的转动惯量,补充启动转矩对输入信号的迅疾反映和制服自转景象。空心杯形转子相易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相易伺服电动机的定子相通,死心槽内放有两相绕组。空心杯形转子由导电的非磁性资料(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,厚过活常正在0.20.8mm,因此转动惯量小,作为速且圆活。

  相易伺服电动机的使命道理和单相异步电动机肖似,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节制绕组,两相绕组正在空间相差90电角度。假设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。与单相异步电动机相同,这时正在气隙中出现的合成磁场为一扭转磁场,其转速称为同步转速。扭转磁场与转子导体相对切割,正在转子中出现感想电流。转子电流与扭转磁场互相效力出现转矩,使转子扭转。假设变动加正在节制绕组上的电流的巨细或相位差,就捣鬼了对称形态,使扭转磁场削弱,电动机的转速消浸。电机的使命形态越过错称,总电磁转矩就越小,当除去节制绕组上信号电压往后,电动机当即住手转动。这是相易伺服电动机正在运转上与平淡异步电动机的区别。相易伺服电动机有以下三种转速节制办法:

  (1)幅值节制 节制电流与励磁电流的相位差仍旧90稳定,变动节制电压的巨细。(2) 相位节制 节制电压与励磁电压的巨细,仍旧额定值稳定,变动节制电压的相位。

  (3)幅值相位节制 同时变动节制电压幅值和相位。相易伺服电动机转轴的转向随节制电压相位的反相而变动。

  伺服电动机的使命性格是以板滞性格和调动性格为外征。正在节制电压肯定时,负载补充,转速消浸;它的调动性格是正在负载肯定时,节制电压越高,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,定子一加上节制电压,转子当即启动运转.

  (3)无自转景象节制信号消亡后,电动机扭转不绝的景象称"自转".自转景象捣鬼了伺服性,彰着要避免.寻常运转的伺服电动机只消遗失节制电压后,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,当电动机正转时遗失Uk(节制电压),出现的转矩为负(0<S<1)。而反转时遗失UK,出现的转矩为正(1〈S〈2时〉,不会出现自转景象,可能自行制动,神速住手运转,这也是相易伺服电动机与异步电动机的主要区别。

  差异类型的相易伺服电动机具有差异的特质。笼型转子相易伺服电动机具有励磁电流较小、体积较小、板滞强度上等特质;然则低速运转不敷平定,有颤栗景象。空心杯形转子相易伺服电动机具有构造粗略、保卫便当、转动惯量小、运转腻滑、噪声小、没有无线电扰乱、无颤栗景象等好处;然则励磁电流较大,体积也较大,转子易变形,功能上不足直流伺服电动机。

  相易伺服电动机合用于0.1100W小功率自愿节制体例中,频率有50Hz、400Hz等众种。笼型转子相易伺服电动机产物为SL系列。空心杯形转子相易伺服电动机为SK系列,用于请求运转腻滑的体例中。

  直流伺服电动机的根本构造与平淡他励直流电动机相同,所差异的是直流伺服电动机的电枢电流很小,换向并不疾苦,所以都不必装换向磁极,而且转子做得颀长,气隙较小,磁途不饱和,电枢电阻较大。按励磁办法差异,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出现,日常用他励式;永磁式直流伺服电动机的磁场由悠久磁铁出现,无需励磁绕组和励磁电流,可减小体积和损耗。为了合适各式差异体例的须要,从构造上作了很众矫正,又发达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使命道理和他励式直流电动机同,所以电磁式直流伺服电动机有两种节制转速办法:电枢节制和磁场节制。对永磁式直流伺服电动机来说,当然只要电枢节制调速一种办法。因为磁场节制调速办法的功能不如电枢节制调速办法,故直流伺服电动机日常都采用电枢节制调速。直流伺服电动机转轴的转向随节制电压的极性变动而变动。

  直流伺服电动机的板滞性格与他励直流电动机肖似,即n=n0-T。当励磁稳定时,对差异电压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)的自愿节制体例中。与相易伺服电动机比拟,它的调速线性好,体积小,质地轻,启动转矩大,输出功率大。但它的构造纷乱,希奇是低速安宁性差,有火花会惹起无线电扰乱。近年来,发达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,来进步迅疾相应才具,合适自愿节制体例的发达须要,如电视摄象机、灌音机、XY函数记实永磁相易伺服电动机

  20世纪80年代此后,跟着集成电途、电力电子工夫和相易可变速驱动工夫的发达,永磁相易伺服驱动工夫有了卓绝的发达,各邦出名电气厂商接踵推出各自的相易伺服电动机和伺服驱动器系列产物并不竭完好和更新。相易伺服体例已成为现代高功能伺服体例的要紧发达宗旨,使正本的直流伺服面对被落选的告急。90年代往后,天下各邦依然商品化了的相易伺服体例是采用全盘字节制的正弦波电动机伺服驱动。相易伺服驱动装配正在传动范畴的发达日眉月异。永磁相易伺服电动机同直流伺服电动机比拟,要紧好处有:

  自从德邦MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部正在1978年汉诺威生意展览会上正式推出MAC永磁相易伺服电动机和驱动体例,这象征着此种新一代相易伺服工夫已进入适用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完好的系列产物。全体伺装束配市集都转向了相易体例。早期的模仿体例正在诸如零漂、抗扰乱、牢靠性、精度和柔性等方面存正在亏空,尚不行全部满意运动节制的请求,近年来跟着微管制器、新型数字信号管制器(DSP)的运用,涌现了数字节制体例,节制局限可全部由软件举办,分辨称为摪胧 只瘮或摶旌鲜綌、撊 只瘮的永磁相易伺服体例。

  到目前为止,高功能的电伺服体例大家采用永磁同步型相易伺服电动机,节制驱动器众采用迅疾、无误定位的全盘字地点伺服体例。模范出产厂家如德邦西门子、伺服电机的结构美邦科尔摩根和日本松下及安川等公司。

  日本安川电机创制所推出的小型相易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、伺服电机的结构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单片机节制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片节制,力矩振动由24%下降到7%,并进步了牢靠性。云云,只用了几年年光造成了八个系列(功率领域为0.05~6kW)较完好的体例,满意了使命板滞、搬运机构、焊接板滞人、装置机械人、电子部件、加工板滞、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的差异须要。

  以出产机床数控装配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)的永磁相易伺服电动机。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相易伺服体例的竞赛队伍。

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

  德邦西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁相易伺服电动机分为准则型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列相易伺服电动机与相通输效能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个轴的电动机节制。

  德邦宝石(BOSCH)公司出产铁氧体永磁的SD系列(17个规格)和稀土永磁的SE系列(8个规格)相易伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动节制器。

  美邦出名的伺装束配出产公司Gettys曾一度行动Gould 电子公司一个分部(Motion Control Division),出产M600系列的相易伺服电动机和A600 系列的伺服

  驱动器。后归并到AEG,光复了Gettys名称,推出A700全盘字化的相易伺服体例。

  美邦A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动分部出产1326型铁氧体永磁相易伺服电动机和1391型相易PWM伺服节制器。电动机包含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,曾出产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计划的摻鹣盗袛(Goldline)永磁相易伺服电动机,包含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,所有采用钕铁硼永磁资料,力矩领域为0.84~111.2N.m,功率领域为0.54~15.7kW。配套的驱动器有BDS4(模仿型)、BDS5(数字型、含地点节制)和Smart Drive(数字型)三个系列, 最大一连电流55A。Goldline系列代外了现代永磁相易伺服工夫最新秤谌。

  爱尔兰的Inland原为Kollmorgen正在海外的一个分部,现归并到AEG,以出产直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而著名。出产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁相易伺服电动机和八种节制器。

  法邦Alsthom集团正在巴黎的Parvex工场出产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节制斥地了两个系列的相易伺服电动机。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,一连力矩领域为7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁,6个机座号17个规格,力矩领域为0.1~170N.m,配套的是3ДБ型节制器。

  近年日本松下公司推出的全盘字型MINAS系列相易伺服体例,个中永磁相易伺服电动机有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领域从0.5~5kW,有7种规格。

  韩邦三星公司近年斥地的全盘字永磁相易伺服电动机及驱动体例,个中FAGA相易伺服电动机系列有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)这一归纳目标行动伺服电动机的品格因数,量度比较各式交直流伺服电动机和步进电动机的动态相应功能。功率改变率暗示电动机一连(额定)力矩和转子转动惯量之比。

  按功率改变率举办谋划了解可知,永磁相易伺服电动机工夫目标以美邦I.D 的Goldline系列为最佳,德邦Siemens的IFT5系列次之。

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