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：无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。定子绕组散热比较方便。惯量小，易于提高系统的快速性。适应于高速大力矩工作状态。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，分别称为掰胧只廖或 搏旌鲜、搁只廖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0.056kW）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 全新系列设计的搂鹣盗祗（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0.84111.2N.m，功率范围为0.5415.7kW。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flBy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735N.m。2By系列采用稀土永磁，6个机座号17个规格， 力矩范围为0.1170N.m，配套的是3邓 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 5kW，共18种规格；中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系 列，功率从0.754.5kW，共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的 功率范围从0.55kW,有7种规格。韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系 统，其中FAGA交流伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、 CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX 多种型号，功率从 15W 5kW。现在常采用拷P时浠口噬（Powerrate）这一综合指标作为伺服电 动机的品质因数，衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动 态响应性能。功率变化率表示电动机连续（额定）力矩和转子转动惯 量之比。按功率变化率进行计算分析可知，永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D的Goldline系列为最佳，德国Siemens的IFT5系列次之。