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伺服電動(dòng)機(jī)又稱執(zhí)行電動(dòng)機(jī)捎鹤,在自動(dòng)控制系統(tǒng)中秃标,用作執(zhí)行元件殃烤,把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類篡话,其主要特點(diǎn)是情誊,當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降镰矿。
工作原理
1.伺服主要靠脈沖來(lái)定位琐驴,基本上可以這樣理解,伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖秤标,就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的角度绝淡,從而實(shí)現(xiàn)位移,因?yàn)椴越欧姍C(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能牢酵,所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度,都會(huì)發(fā)出對(duì)應(yīng)數(shù)量的脈沖衙猪,這樣馍乙,和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng),或者叫閉環(huán)垫释,如此一來(lái)丝格,系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī),同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)棵譬,這樣显蝌,就能夠很的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),從而實(shí)現(xiàn)的定位唠俄,可以達(dá)到0.001mm惨浩。
直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低亮史,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單邪涕,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大茄溢,調(diào)速范圍寬,控制容易椭集,需要維護(hù)蝉狭,但維護(hù)方便(換碳刷),產(chǎn)生電磁干擾咳龄,對(duì)環(huán)境有要求撞恰。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。
無(wú)刷電機(jī)體積小迎反,重量輕审服,出力大,響應(yīng)快旷似,速度高烤惊,慣量小,轉(zhuǎn)動(dòng)平滑吁朦,力矩穩(wěn)定柒室。控制復(fù)雜逗宜,容易實(shí)現(xiàn)智能化雄右,其電子換相方式靈活,可以方波換相或正弦波換相纺讲。電機(jī)免維護(hù)擂仍,效率很高,運(yùn)行溫度低熬甚,電磁輻射很小逢渔,長(zhǎng)壽命,可用于各種環(huán)境则涯。
2.交流伺服電機(jī)也是無(wú)刷電機(jī)复局,分為同步和異步電機(jī),目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)粟判,它的功率范圍大屏糊,可以做到很大的功率。大慣量寇淑,zui高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低唯诞,且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用兆婆。
3.伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵植嚼,驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子在此磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)婿哥,同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器钾非,驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較获玻,調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))巨均。
請(qǐng)問(wèn)交流伺服電機(jī)和無(wú)刷直流伺服電機(jī)在功能上有什么區(qū)別缕兄?
答:交流伺服要好一些,因?yàn)槭钦也刂撇馍樱D(zhuǎn)矩脈動(dòng)小弓洒。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡(jiǎn)單律罢,便宜膀值。
永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)
20世紀(jì)80年代以來(lái),隨著集成電路误辑、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展沧踏,永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展,各國(guó)電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新稀余。交流伺服系統(tǒng)已成為當(dāng)代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向悦冀,使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機(jī)。90年代以后睛琳,世界各國(guó)已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動(dòng)機(jī)伺服驅(qū)動(dòng)。交流伺服驅(qū)動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異踏烙。永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)同直流伺服電動(dòng)機(jī)比較师骗,主要優(yōu)點(diǎn)有:
⑴無(wú)電刷和換向器讨惩,因此工作可靠辟癌,對(duì)維護(hù)和保養(yǎng)要求低。
〖瞿怼⑵定子繞組散熱比較方便滩哥。
⑶慣量小昨镊,易于提高系統(tǒng)的快速性溃恼。
⑷適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)梁捉。
∽贩邸⑸同功率下有較小的體積和重量。
自從德國(guó)MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會(huì)上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)箍属,這標(biāo)志著此種新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段短硼。到20世紀(jì)80年代中后期,各公司都已有完整的系列產(chǎn)品公上。整個(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)自幕。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂稽徙、抗干擾、可靠性振袋、精度和柔性等方面存在不足隐听,尚不能*運(yùn)動(dòng)控制的要求,近年來(lái)隨著微處理器唆涝、新型數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的應(yīng)用找都,出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng),控制部分可*由軟件進(jìn)行廊酣,分別稱為摪朧只瘮或摶旌鮮綌能耻、撊只瘮?shù)挠来沤涣魉欧到y(tǒng)。
到目前為止亡驰,高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)晓猛,控制驅(qū)動(dòng)器多采用快速、準(zhǔn)確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)凡辱。典型生產(chǎn)廠家如德國(guó)西門子戒职、美國(guó)科爾摩根和日本松下及安川等公司。
日本安川電機(jī)制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器透乾,其中D系列適用于數(shù)控機(jī)床(zui高轉(zhuǎn)速為1000r/min洪燥,力矩為0.25~2.8N.m),R系列適用于機(jī)器人(zui高轉(zhuǎn)速為3000r/min乳乌,力矩為0.016~0.16N.m)捧韵。之后又推出M、F赴碘、S社衰、H、C鸡视、G六個(gè)系列桃旷。20世紀(jì)90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅(qū)動(dòng)酒半、8051單片機(jī)控制改為正弦波驅(qū)動(dòng)薯舆、80C、154CPU和門陣列芯片控制发液,力矩波動(dòng)由24%降低到7%帜贝,并提高了可靠性。這樣焊辈,只用了幾年時(shí)間形成了八個(gè)系列(功率范圍為0.05~6kW)較完整的體系示谐,滿足了工作機(jī)械、搬運(yùn)機(jī)構(gòu)、焊接機(jī)械人拔调、裝配機(jī)器人朴沿、電子部件、加工機(jī)械败砂、印刷機(jī)赌渣、高速卷繞機(jī)、繞線機(jī)等的不同需要昌犹。
以生產(chǎn)機(jī)床數(shù)控裝置而的日本法那克(Fanuc)公司坚芜,在20世紀(jì)80年代中期也推出了S系列(13個(gè)規(guī)格)和L系列(5個(gè)規(guī)格)的永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)。L系列有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和機(jī)械時(shí)間常數(shù)斜姥,適用于要求特別快速響應(yīng)的位置伺服系統(tǒng)鸿竖。
日本其他廠商,例如:三菱電動(dòng)機(jī)(HC-KFS铸敏、HC-MFS缚忧、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)杈笔、東芝精機(jī)(SM系列)闪水、大隈鐵工所(BL系列)、三洋電氣(BL系列)蒙具、立石電機(jī)(S系列)等眾多廠商也進(jìn)入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)行列嬉哥。
德國(guó)力士樂(lè)公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)機(jī)共有7個(gè)機(jī)座號(hào)92個(gè)規(guī)格。
德國(guó)西門子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)分為標(biāo)準(zhǔn)型和短型兩大類仆腐,共8個(gè)機(jī)座號(hào)98種規(guī)格骂间。據(jù)稱該系列交流伺服電動(dòng)機(jī)與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機(jī)IHU系列相比,重量只有后者的1/2鉴凸,配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動(dòng)器6SC61系列,zui多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機(jī)控制垮软。
德國(guó)博世(BOSCH)公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列(17個(gè)規(guī)格)和稀土永磁的SE系列(8個(gè)規(guī)格)交流伺服電動(dòng)機(jī)和ServodynSM系列的驅(qū)動(dòng)控制器驴涡。
美國(guó)的伺服裝置生產(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould電子公司一個(gè)分部(MotionControlDivision),生產(chǎn)M600系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)和A600系列的伺服驅(qū)動(dòng)器伊屈。后合并到AEG觅符,恢復(fù)了Gettys名稱,推出A700全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)濒勤。
美國(guó)A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驅(qū)動(dòng)分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和1391型交流PWM伺服控制器深吠。電動(dòng)機(jī)包括3個(gè)機(jī)座號(hào)共30個(gè)規(guī)格。
I.D.(IndustrialDrives)是美國(guó)的科爾摩根(Kollmorgen)的工業(yè)驅(qū)動(dòng)分部屎唠,曾生產(chǎn)BR-210桑孩、BR-310、BR-510三個(gè)系列共41個(gè)規(guī)格的無(wú)刷伺服電動(dòng)機(jī)和BDS3型伺服驅(qū)動(dòng)器。自1989年起推出了全新系列設(shè)計(jì)的摻鶼盜袛(Goldline)永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)流椒,包括B(小慣量)敏簿、M(中慣量)和EB(防爆型)三大類,有10宣虾、20惯裕、40、60绣硝、80五種機(jī)座號(hào)蜻势,每大類有42個(gè)規(guī)格,全部采用釹鐵硼永磁材料鹉胖,力矩范圍為0.84~111.2N.m握玛,功率范圍為0.54~15.7kW。配套的驅(qū)動(dòng)器有BDS4(模擬型)次员、BDS5(數(shù)字型败许、含位置控制)和SmartDrive(數(shù)字型)三個(gè)系列,zui大連續(xù)電流5淑蔚。Goldline系列代表了當(dāng)代永磁交流伺服技術(shù)水平檐射。
愛爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國(guó)外的一個(gè)分部,現(xiàn)合并到AEG崔捌,以生產(chǎn)直流伺服電動(dòng)機(jī)洪防、直流力矩電動(dòng)機(jī)和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100榄陆、2200沛摩、3300三種機(jī)座號(hào)共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)和八種控制器。
法國(guó)Alsthom集團(tuán)在巴黎的Parvex工廠生產(chǎn)LC系列(長(zhǎng)型)和GC系列(短型)交流伺服電動(dòng)機(jī)共14個(gè)規(guī)格剧债,并生產(chǎn)AXODYN系列驅(qū)動(dòng)器帽遏。
原蘇聯(lián)為數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人伺服控制開發(fā)了兩個(gè)系列的交流伺服電動(dòng)機(jī)。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁昏锨,有兩個(gè)機(jī)座號(hào)祷鼎,每個(gè)機(jī)座號(hào)有3種鐵心長(zhǎng)度,各有兩種繞組數(shù)據(jù)度坞,共12個(gè)規(guī)格映僚,連續(xù)力矩范圍為7~35N.m。2ДBy系列采用稀土永磁点骑,6個(gè)機(jī)座號(hào)17個(gè)規(guī)格酣难,力矩范圍為0.1~170N.m,配套的是3ДБ型控制器黑滴。
近年日本松下公司推出的全數(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng)憨募,其中永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)有MSMA系列小慣量型紧索,功率從0.03~5kW,共18種規(guī)格馋嗜;中慣量型有MDMA齐板、MGMA、MFMA三個(gè)系列葛菇,功率從0.75~4.5kW甘磨,共23種規(guī)格,MHMA系列大慣量電動(dòng)機(jī)的功率范圍從0.5~5kW,有7種規(guī)格眯停。
韓國(guó)三星公司近年開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)济舆,其中FAGA交流伺服電動(dòng)機(jī)系列有CSM、CSMG莺债、CSMZ滋觉、CSMD、CSMF讼石、CSMS苇赊、CSMH、CSMN回乞、CSMX多種型號(hào)忠辛,功率從15W~5kW。
現(xiàn)在常采用(Powerrate)這一綜合指標(biāo)作為伺服電動(dòng)機(jī)的品質(zhì)因數(shù)夹恨,衡量對(duì)比各種交直流伺服電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能哎闻。功率變化率表示電動(dòng)機(jī)連續(xù)(額定)力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之比。
按功率變化率進(jìn)行計(jì)算分析可知闰芒,永磁交流伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)以美國(guó)I.D的Goldline系列為*枚林,德國(guó)Siemens的IFT5系列次之。
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