伺服电机的选择.doc

最佳答案选择标准:1-你需要的性能;2-你的预算;3-你能接受的交货期国外品牌推荐:西门子,伦茨等1:根据负载方式及大小计算出输出力矩,确定电机功率;2:根据工件运行方式等计算出转速范围,确定电机转速;3:确定需要不需要刹车4:确定输出轴需不需要键槽补充:输出扭力方面如果转速满足要求首先要考虑是否加装伺服专用减速机,这样可以用更小功率的电机而获得更大的输出力矩和更佳的运行性能,而且大部分时候经济性也更佳以下将介绍一些伺服电机系统，涉及永磁同步电机以及感应异步电机。一个伺服系统，不单单是一个电机。它是一个闭环的运动系统，包含了控制器、驱动器、电仪和反馈装置，通常一个还配有一个光学或磁编码器。伺服系统能在采用永磁（permanent magnets ，PM)技术后同步机械，配以有刷或无刷PM电机，或在一个AC感应电机上建立异步机械系统。永磁同步电机 有较高的峰值，以及持续的扭矩，适用于精确位移系统的高加速度和快速减速中的驱动伺服系统。扭矩与输入电流直接呈比例关系。电机轴速与输入的电压相关。输入电压越高，电机的速度就越高。扭矩和速度的比的曲线呈线性的。永磁结构与电机气隙相关。如，无刷PM电机的结构，包含两个交互的磁结构，移动的转子（连接着永磁）和定子线圈产生电磁反应，从而出现电机的转矩和速度。 三相定子场能顺序产生能量，且PM转子跟随转子场一起完成同步运动。一个特定的电子补偿系统，用于检查转子位置，并为定子线圈加能量。无刷PM电机，在所有其他的电机中成为精确位移系统的首选，除了汽车应用以及超大电机系统中。无刷PM电机是仅有的伺服电机系统，能用于闭环扭矩、速度或位移系统。不同的转子AC感应电机拥有PM无刷电机同样的物理特性的定子，但它的转子结构完全不同。鼠笼结构的感应电机包含一系列的感应铝或铜条，放置在转子结构中，连接在末端线圈。这些短转子条与定子的旋转磁场互有电磁耦合感应，产生一个新的转子场，并与定子场相互反应，形成转子运动。 在同步的定子和较慢的定子场，与实际的速度之间有差异。这个速度的差异就是所谓的滑差。输入的频率决定了电机的速度。例如，一个60 Hz、两极的AC感应电机，无负载时的速度近3,600 rpm，一个四极AC电机运行速度低于1,800 rpm，根据滑差值的不用而有所不同。当电机开始转矩时，滑差增加，速度降低。 AC感应电机会输出更多的转矩，随着速度的降低，直至负载达到故障点，此时电机速度会遽降至零。一个固有的AC电机性能特点是，起始的转矩较小，必须在电机起始时卸去负载。随着20世纪80年底变频器电子驱动的出现，电机特有的转矩-速度性能曲线，也发生了很大的改变。变频器的性能是，同时改变电压和频率，使用可调节或可变化的速度驱动，就能重新构建了转矩-速度曲线，AC感应电机是速度系统的主要环节。如何使用驱动技术在性能上的持续提高，将无刷PM和AC感应电机，也带入了驱动市场的竞争，但是无刷PM电机仍然在控制领域中占主导地位。AC感应电机不适应在低速和高速中使用。 在伺服位移系统中使用一个无刷PM电机，通常采用50 kW (67 hp)或更高的功率的系统。AC感应电机通常在恒速或变速系统中。混合的方案系统比较少见。其他电机也能部分实现，但是在性能上超过AC感应电机或无刷PM电机的方案较少。无刷PM电机在速度控制中，对1 kW (1.37 hp)的DC有刷电机的速度控制或更小功率的应用市场中造成了一定的冲击。而AC感应电机则掌控了大部分的大于1MW的应用。伺服电机和步进电机问答- 1， 如何正确选择伺服电机和步进电机？ 主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面 和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。据此以确定电机和配用驱动器或控制器的 型号。2， 选择步进电机还是伺服电机系统？ 其实，选择什么样的电机应根据具体应用情况而定，各有其特点。3， 如何配用步进电机驱动器？ 根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。如果需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器。对于大转矩电机，尽可能用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能。4， 2 相和 5 相步进电机有何区别，如何选择？ 2 相电机成本低，但在低速时的震动较大，高速时的力矩下降快。 5 相电机则振动较小，高速性能好，比 2 相电机的速度高 3050% ，可在部分场合取代伺服电机。5， 何时选用直流伺服系统，它和交流伺服有何区别？ 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。 有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。6， 使用电机时要注意的问题？ 上电运行前要作如下检查： 1） 电源电压是否合适（过压很可能造成驱动模块的损坏）；对于直流输入的 +/- 极性一定不能接错，驱动控制器上的电机型号或电流设定值是否合适（开始时不要太大）； 2） 控制信号线接牢靠，工业现场最好要考虑屏蔽问题（如采用双绞线）； 3） 不要开始时就把需要接的线全接上，只连成最基本的系统，运行良好后，再逐步连接。 4） 一定要搞清楚接地方法，还是采用浮空不接。 5） 开始运行的半小时内要密切观察电机的状态，如运动是否正常，声音和温升情况，发现问题立即停机调整。7， 步进电机启动运行时，有时动一下就不动了或原地来回动，运行时有时还会失步，是什么问题？ 一般要考虑以下方面作检查： 1） 电机力矩是否足够大，能否带动负载，因此我们一般推荐用户选型时要选用力矩比实际需要大 50%100% 的电机，因为步进电机不能过负载运行，哪怕是瞬间，都会造成失步，严重时停转或不规则原地反复动。 2） 上位控制器来的输入走步脉冲的电流是否够大（一般要 10mA ），以使光耦稳定导通，输入的频率是否过高，导致接收不到，如果上位控制器的输出电路是 CMOS 电路，则也要选用 CMOS 输入型的驱动器。 3） 启动频率是否太高，在启动程序上是否设置了加速过程，最好从电机规定的启动频率内开始加速到设定频率，哪怕加速时间很短，否则可能就不稳定，甚至处于惰态。 4） 电机未固定好时，有时会出现此状况，则属于正常。因为，实际上此时造成了电机的强烈共振而导致进入失步状态。电机必须固定好。 5） 对于 5 相电机来说，相位接错，电机也不能工作。8， 我想通过通讯方式直接控制伺服电机，可以吗？ 可以的，也比较方便，只是速度问题，用于对响应速度要求不太高的应用。如果要求快速的响应控制参数，最好用伺服运动控制卡，一般它上面有 DSP 和高速度的逻辑处理电路，以实现高速高精度的运动控制。如 S 加速、多轴插补等。9， 用开关电源给步进和直流电机系统供电好不好？ 一般最好不要，特别是大力矩电机，除非选用比需要的功率大一倍以上的开关电源。因为，电机工作时是大电感型负载，会对电源端形成瞬间的高压。而开关电 源的过载性能不好，会保护关断，且其精密的稳压性能又不需要，有时可能造成开关电源和驱动器的损坏。可以用常规的环形或 R 型变压器变压的直流电源。10，我想用10V或420mA的直流电压来控制步进电机，可以吗？ 可以，但需要另外的转换模块。11， 我有一个的伺服电机带编码器反馈，可否用只带测速机口的伺服驱动器控制？ 可以，需要配一个编码器转测速机信号模块。12， 伺服电机的码盘部分可以拆开吗？ 禁止拆开，因为码盘内的石英片很容易破裂，且进入灰尘后，寿命和精度都将无法保证，需要专业人员检修。13，步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗？ 不要，最好让厂家去做，拆开后没有专业设备很难安装回原样，电机的转定子间的间隙无法保证。磁钢材料的性能被破坏，甚至造成失磁，电机力矩大大下降。14， 伺服控制器能够感知外部负载的变化吗？ 如遇到设定阻力时停止、返回或保持一定的推力跟进。15，可以将国产的驱动器或电机和国外优质的电机或驱动器配用吗？ 原则上是可以的，但要搞清楚电机的技术参数后才能配用，否则会大大降低应有的效果，甚至影响长期运行和寿命。最好向供应商咨询后再决定。16， 使用大于额定电压值的直流电源电压驱动电机安全吗 ? 正常来说这不是问题，只要电机在所设定的速度和电流极限值内运行。因为电机速度与电机线电压成正比，因此选择某种电源电压不会引起过速，但可能发生驱动器等故障。 此外 , 必须保证电机符合驱动器的最小电感系数要求，而且还要确保所设定的电流极限值小于或等于电机的额定电流。 事实上，如果你能在你设计的装置中让电机跑地比较慢的话 ( 低于额定电压 ) ，这是很好的。 以较低的电压 ( 因此比较低的速度 ) 运行会使得电刷运转反弹较少，而且电刷 / 换向器磨损较小，比较低的电流消耗和比较长的电机寿命。 另一方面，如果电机大小的*和性能的要求需要额外的转矩及速度，过度驱动电机也是可以的，但会牺牲产品的使用寿命。 17， 如何为我的应用选择适当的供电电源 ? 推荐选择电源电压值比最大所需的电压高 10%-50% 。此百分比因 Kt, Ke, 以及系统内的电压降而不同。驱动器的电流值应该足够传送应用所需的能量。记住驱动器的输出电压值与供电电压不同 , 因此驱动器输出电流也与输入电流不相同。为确定合适的供电电流，需要计算此应用所有的功率需求，再增加 5% 。按 I = P/V 公式计算即可得到所需电流值。 推荐选择电源电压值比最大所需的电压高 10%-50% 。此百分比因 Kt, Ke, 以及系统内的电压降而不同。驱动器的电流值应该足够传送应用所需的能量。记住驱动器的输出电压值与供电电压不同 , 因此驱动器输出电流也与输入电流不相同。为确定合适的供电电流，需要计算此应用所有的功率需求，再增加 5% 。按 I = P/V 公式计算即可得到所需电流值。18， 对于伺服驱动器我可以选择那种工作方式？ 不同的模式并不全部存在于所有型号的驱动器中19， 驱动器和系统如何接地？ a. 如果在交流电源和驱动器直流总线（如变压器）之间没有隔离的话，不要将直流总线的非隔离端口或非隔离信号的地接大地，这可能会导致设备损坏和人员伤害。因为交流的公共电压并不是对大地的，在直流总线地和大地之间可能会有很高的电压。 b. 在多数伺服系统中，所有的公共地和大地在信号端是接在一起的。多种连接大地方式产生的地回路很容易受噪音影响而在不同的参考点上产生流。 c. 为了保持命令参考电压的恒定，要将驱动器的信号地接到控制器的信号地。 它也会接到外部电源的地，这将影响到控制器和驱动器的工作（如：编码器的 5V电源）。 d.屏蔽层接地是比较困难的，有几种方法。正确的屏蔽接地处是在其电路内部的参考电位点上。这个点取决于噪声源和接收是否同时接地，或者浮空。要确保屏蔽层在同一个点接地使得地电流不会流过屏蔽层。20， 减速器为什么不能和电机正好相配在标准转矩点? 如果考虑到电机产生的经过减速器的最大连续转矩，许多减速比会远远超过减速器的转矩等级。 如果我们要设计每个减速器来匹配满转矩，减速器的内部齿轮会有太多组合 ( 体积较大、材料多 ) 。 这样会使得产品价格高，且违反了产品的“高性能、小体积”原则。21， 我如何选择使用行星减速器还是正齿轮减速器? 行星减速器一般用于在有限的空间里需要较高的转矩时，即小体积大转矩，而且它的可靠性和寿命都比正齿轮减速器要好。正齿轮减速器则用于较低的电流消耗，低噪音和高效率低成本应用。22， 何为负载率 (duty cycle)? 负载率 (duty cycle) 是指电机在每个工作周期内的工作时间 / （工作时间 + 非工作时间）的比率。如果负载率低，就允许电机以 3 倍连续电流短时间运行，从而比额定连续运行时产生更大的力量。23 ，标准旋转电机的驱动电路可以用于直线电机吗？ 一般都是可以的。你可以把直线电机就当作旋转电机，如直线步进电机、有刷、无刷和交流直线电机。具体请向供应商咨询。24 ，直线电机是否可以垂直安装，做上下运动？ 可以。根据用户的要求，垂直安装时我们可以加装动子滑块平衡装置或加装导轨抱闸刹车。25 ，在同一个平台上可以安装多个动子吗？ 可以。只要几个动子之间不互相妨碍即可。26 ，是否可以将多个无刷电机的动子线圈安装于同一个磁轨道上？ 可以。只要几个动子之间不互相妨碍即可。27 ，使用直线电机比滚珠丝杆的线性电机有何优点？ 由于定子和动子之间没有机械连接，所以消除了背隙、磨损、卡死问题，运动了更高精度、高速度、高加速度、响应快、运动平滑、控制精度高、可靠性好体积紧凑、外形高度低、长寿命、免维护等特点。 28，如何选用电动缸、滑台、精密平台类产品？其成本是如何计算的？ 选择致动执行器类产品关键要看您对运动参数有什么样的要求，可以根据您需要的应 用来确定具体运动参数等技术条件，这些参数要符合您的实际需要，既要满足应用要求并留有余地，也不要提得太高，否则其成本可能会数倍于标准型产品。举例来 说，如果0.1mm精度够用的话，就不要选0.01mm的参数。其它如负载能力、速度等也是如此。 另外一个给用户的选型建议是，如果不是必须，推拉力或负重、速度、定位精度这三个主要参数不要同时要求很高，因为致动执行器是一个高精度高技术的机电 一体化产品，我们在设计制造时需要从机械结构、电气性能、材料特性、材质和处理方法等多方面考虑并选择相应的组成电机、驱动控制器和反馈装置，以及不同精 度等级的导轨、丝杆、支撑座和其它机械系统，使之达到需要的整体运动参数，可谓牵一发动全身的产品。当然，您有高要求的产品需要，我们还是可以满足，只是 成本会相应的提高 交流伺服电机的结构及控制原理 2009-3-5 3:19:00 | By: Dony 与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90电角度。伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动gS控制的uVW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)。 交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。 当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位，即移相180o，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺服电机将反转。若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，转子很快地停下来。为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电阻做得特别大，使它的临界转差率Sk大于1。在电机运行过程中，如果控制信号降为“零”，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线运行。由于转子的惯性，运行点由A点移到B点，此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。在负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。必须指出，普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快;位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢(比如PLC，或低端运动控制器)，就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率(比如大部分中高端运动控制器);如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。换一种说法是：1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转(通常在有重力负载情况下产生)。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。交流伺服控制电机伺服电机控制原理 来源：机电论文 | 类别：技术 | 时间：2009-5-12 14:13:43 字体：大 中 小 伺服电机servomotor“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动；当控制信号发出时，转子立即转动；当控制信号消失时，转子能即时停转。伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机，其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服电机分为交流伺服和直流伺服两大类交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机（异步电机）相似。在定子上有两个相空间位移90电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电机运行的目的。交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于1015和小于1525）等特点。直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。电机转速nEK1j（UaIaRa）K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通恒定。直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。 直流伺服电机的优点和缺点优点：速度控制精确，转矩速度特性很硬，控制原理简单，使用方便，价格便宜。 缺点：电刷换向，速度限制，附加阻力，产生磨损微粒(无尘易爆环境不宜) 交流伺服电机的优点和缺点 优点：速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位置控制（取决于编码器精度），额定运行区域内，可实现恒力矩，惯量低，低噪音，无电刷磨损，免维护（适用于无尘、易爆环境） 缺点：控制较复杂，驱动器参数需要现场调整PID参数确定，需要更多的连线。 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对使用环境有要求，通常用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小重量轻，出力大响应快，速度高惯量小，力矩稳定转动平滑，控制复杂，智能化，电子换相方式灵活，可以方波或正弦波换相，电机免维护，高效节能，电磁辐射小，温升低寿命长，适用于各种环境。交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，其功率范围大，功率可以做到很大，大惯量，最高转速低，转速随功率增大而匀速下降，适用于低速平稳运行场合。 伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制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将反馈信号传给驱动器，对反馈值与目标值进行比较，从而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。伺服电机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。 交流伺服电机和无刷直流伺服电机在性能上有什么区别？ 答：交流伺服电机的性能要好一些，因为交流伺服是正弦波控制，转矩脉动小；而无刷直流伺服是梯形波控制。但无刷直流伺服实现控制比较简单，便宜。 永磁交流伺服驱动技术的迅猛发展使直流伺服系统面临被淘汰的危机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不断推出新的交流伺服电机和伺服驱动器系列产品。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，使直流伺服系统面临被淘汰的危机。 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，运行更可靠，免维护保养。 定子绕组发热大大减少。 惯量小，系统快速响应性好。 高速大力矩工作状态好。 相同功率下体积小重量轻。 永磁交流伺服系统的兴起和现状自从德国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永磁交流伺服电机驱动系统开始，标志着新一代交流伺服技术已经成熟。到1980年代中后期，各大公司都已有了完整的系列产品，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，控制部分可由软件完成。到20世纪90年代以后，全数字正弦波控制的永磁交流伺服电机驱动系统在传动领域中的地位进一步上升。目前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。 永磁交流伺服系统各主要生产商概况 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0.252.8N.m），R系列适用于机器人（最高转速为3000r/min，力矩为0.0160.16N.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的8051单片机控制，改为正弦波驱动的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、绕线机等方面的不同需求。 以生产机床数控装置而著名的日本法那克（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。其中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12，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Gettys名称，并推出A700全数字化交流伺服系统。 美国AB（ALLEN-BRADLEY）公司驱动分部生产的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永磁交流伺服电动机（Goldline），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。 前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By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0.035kW，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15W5kW。 现在常采用功率变化率（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）力矩与转子转动惯量之比。 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。 伺服电机原理交流伺服电动机交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材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，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁仅0.2-0.3mm，空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。交流伺服电动机的工作原理与电容运转式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与电容运转式异步电动机相比，有三个显著特点：1、起动转矩大：由于转子电阻大，使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。2、运行范围宽：运行平稳、噪音小。3、无自转现象：运转中的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。 什么叫做控制电机或“精密传动微特电机”？“精密传动微特电机”，也就是控制电机，能够在系统中快速而正确地执行频繁变化的指令，带动伺服机构完成指令所期望的工作，大多能够满足以下要求：1、 能频繁启动、停止、制动、反转及低速运行，且机械强度高、耐热等级高、绝缘等级高。2、 快速相应能力好，转矩较大，转动惯量小，时间常数小。3、 带有驱动器和控制器（如伺服电机、步进电机），控制性能良好。4、 高可靠性，高精度。 “精密传动微特电机”的类别、结构和性能1、交流伺服电机（1）笼型两相交流伺服电机（细长笼型转子、机械特性近似线性、体积和励磁电流小、小功率伺服、低速运转不够平滑）（2）非磁性杯型转子两相交流伺服电机（空心杯转子、机械特性近似线性、体积和励磁电流较大、小功率伺服、低速运转平滑）（3） 铁磁杯型转子两相交流伺服电机（铁磁材料杯型转子、机械特性近似线性、转子转动惯量大、齿槽效应小、运行平稳）（4）同步型永磁交流伺服电机（由永磁同步电机、测速机及位置检测元件同轴一体机组，定子为3相或2相，磁性材料转子，必须配驱动器；调速范围宽、机械特性由恒转矩区和恒功率区组成，可连续堵转，快速相应性能好，输出功率大，转矩波动小；有方波驱动和正弦波驱动两种方式，控制性能好，为机电一体化产品）（5）异步型三相交流伺服电机（转子与笼型异步电机相似，必须配驱动器，采用矢量控制，扩大了恒功率调速范围，多用于机床主轴调速系统）2、直流伺服电机（1）印制绕组直流伺服电机（盘形转子、盘形定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，无齿槽效应，无饱和效应，输出转矩大）（2）线绕盘式直流伺服电机（盘形转子、定子轴向粘接柱状磁钢，转子转动惯量小，控制性能优于其他直流伺服电机，效率高，输出转矩大）（3）杯型电枢永磁直流电机（空心杯转子，转子转动惯量小，适用于增量运动伺服系统）（4）无刷直流伺服电机（定子为多相绕组，转子为永磁式，带转子位置传感器，无火花干扰，寿命长，噪声低）3、力矩电机（1）直流力矩电机（扁平结构，极数槽数换向片数串联导体数多；输出转矩大，低速或堵转下可连续工作，机械和调节特性好，机电时间常数小）（2）无刷直流力矩电机（与无刷直流伺服电机结构相似，但为扁平状，极数槽数串联导体数多；输出转矩大，机械和调节特性好，寿命长，无火花，噪声低）（3）笼型交流力矩电机（笼型转子，扁平结构，极数槽数多，启动转矩大，机电时间常数小，可长期堵转运行，机械特性较软）（4）实心转子交流力矩电机（铁磁材料实心转子，扁平结构，极数槽数多，可长期堵转，运行平滑，机械特性较软）4、步进电机（1）反应式步进电机（定转子均由硅钢片叠成，转子铁心上无绕组，定子上有控制绕组；步距角小，启动与运行频率较高，步距角精度较低，无自锁力矩）（2）永磁步进电机（永磁式转子，径向磁化极性；步距角大，启动与运行频率低，有保持转矩，消耗功率比反应式小，但须供正、负脉冲电流）（3）混合式步进电机（永磁式转子，轴向磁化极性；步距角精度高，有保持转矩，输入电流小，兼有反应式和永磁式两者的优点）5、开关磁阻电机（定转子均由硅钢片叠成，都为凸极式，与极数相接近的大步距反应式步进电机结构相似，带有转子位置传感器，转矩方向与电流方向无关，调速范围小，噪声大，机械特性由恒转矩区、恒功率区、串励特性区三部分组成）6、直线电机（结构简单，导轨等可作为二次导体，适用于直线往复运动；高速伺服性能好，功率因数和效率高，恒速运行性能优） 交流异步伺服电机的规格与性能项目 规格与性能 结构型式 笼型感应电动机 冷却方式 小型机：全封闭；中型机：全封闭外扇冷型与防护强迫通风型 额定功率 0.1-1.5kw；2.2-22kw；30-55kw 额定转矩 0.33-7.3N.M；10.7-107.8N.M；117-269N.M 额定转速 3000r/min；3000r/min；2000r/min 额定电压 80-120V；120V；150V 瞬时最大转矩 500% 能率 4.25-11kw/s；44-293kw/s；516-860kw/s 转子GD 0.0001-0.005kg.cm；0.01-0.15kg.cm；0.15-0.32kg.cm 适用负载GD 电动机GD的5倍 频率特性 50-100HZ 电源电压 三相交流80-200V 控制方式 晶体管式等效正弦波PWM控制 调速范围 1比1000 调速精度 负载变动（0%-100%）0.1%；电源变动（10%）0.1% 冷却方式 小型机用自冷式；中型机用强制风冷式 保护功能 过电压，过电流，过载，速度，温升，编码器 适用环境 环境空气温度0-50C，环境空气湿度85%以下，海拔1000米以下 交流永磁伺服电机的规格与性能项目 规格与性能 电源 稳定电压或调压直流电源（蓄电池、整流器）；6.3-48V60-120V 主要构成设备 两相或三相永磁同步电机，电力三极管交流器（方形波或等效正 弦波=PWM）无触点转子位置传感器以及放大器 额定功率 0.5w-0.75kw-2.9kw 额定转速 1000-3000r/min,也可20000r/min以上 结构型式 保护全滴型或全封闭型较多 额定时间 连续额定 输出特性 恒转矩特性 转速-转矩特性 加减恒转矩特性 调速范围0%-100% 速度控制装置置于电机内部。多为恒转速特性（精度可达正负0.5%） 转矩脉动比直流电动机大 效率 50%-80%，无因控制引起的损耗，减速时仍有较高的效率 启动特性 启动转矩大于100%，瞬时最大转矩大于300%，转矩与电流成比例 采用逐渐升高电压的降压启动法，小型机可直接启动 速度控制 改变电力三极管变流器的直流输入电压调速 制动 能耗制动和反接制动较为简单 正反转 可通过改变转子位置检测信号顺序实现正反转控制，实现无触点控 制而不必切换主电路 其他优点 因为无刷，是可靠性很高的电动机 把三极管控制器置于电动机上，可获得小型恒转速电动机 与负载的连接 用柔性联接器直连，齿轮链接，皮带连接等，无限制。 负载转动惯量小于电动机转动惯量的5倍 维护 除轴承外无需维护 使用环境 可适用恶劣环境，但不适于高温环境 使用注意事项 因使用了半导体元器件，对周围温度需加以限制；因转矩脉动 较大需注意低速运行情况 运行辅助设备 除直流电源外，还需断路器、熔断器等保护装置以及速度控制 时的调压直流电源 用途 机床、机器人、测量仪器、自动化仪表、音响设备、办公设备 以及计算机的磁带传送机等 来源：http:/www.jdzj.com机电之家机电行业电子商务平台！随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用全数字式交流伺服电机作为执行电动机。在控制方式上用脉冲串和方向信号实现。 一般伺服都有三种控制方式：速度控制方式，转矩控制方式，位置控制方式 。 速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的。位置控制是通过发脉冲来控制的。具体采用什么控制方式要根据客户的要求，满足何种运动功能来选择。 如果您对电机的速度、位置都没有要求，只要输出一个恒转矩，当然是用转矩模式。 如果对位置和速度有一定的精度要求，而对实时转矩不是很关心，用转矩模式不太方便，用速度或位置模式比较好。如果上位控制器有比较好的闭环控制功能，用速度控制效果会好一点。如果本身要求不是很高，或者，基本没有实时性的要求，用位置控制方式对上位控制器没有很高的要求。 就伺服驱动器的响应速度来看，转矩模式运算量最小，驱动器对控制信号的响应最快；位置模式运算量最大，驱动器对控制信号的响应最慢。 对运动中的动态性能有比较高的要求时，需要实时对电机进行调整。那么如果控制器本身的运算速度很慢（比如PLC，或低端运动控制器），就用位置方式控制。如果控制器运算速度比较快，可以用速度方式，把位置环从驱动器移到控制器上，减少驱动器的工作量，提高效率（比如大部分中高端运动控制器）；如果有更好的上位控制器，还可以用转矩方式控制，把速度环也从驱动器上移开，这一般只是高端专用控制器才能这么干，而且，这时完全不需要使用伺服电机。 换一种说法是： 1、转矩控制：转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小，具体表现为例如10V对应5Nm的话，当外部模拟量设定为5V时电机轴输出为2.5Nm:如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转，外部负载等于2.5Nm时电机不转，大于2.5Nm时电机反转（通常在有重力负载情况下产生）。可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小，也可通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置中，例如饶线装置或拉光纤设备，转矩的设定要根据缠绕的半径的变化随时更改以确保材质的受力不会随着缠绕半径的变化而改变。 2、位置控制：位置控制模式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的大小，通过脉冲的个数来确定转动的角度，也有些伺服可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于定位装置。应用领域如数控机床、印刷机械等等。 3、速度模式：通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，在有上位控制装置的外环PID控制时速度模式也可以进行定位，但必须把电机的位置信号或直接负载的位置信号给上位反馈以做运算用。位置模式也支持直接负载外环检测位置信号，此时的电机轴端的编码器只检测电机转速，位置信号就由直接的最终负载端的检测装置来提供了，这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差，增加了整个系统的定位精度。