交流伺服电机

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，

请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别？

答：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。

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0.03～5kW ，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范围从0.5～5kW ，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（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。 交流伺服电机的调速原理

由电机学知，交流电机转速公式：

式中：f – 定子电源频率

p – 磁极对数

S – 转差率

n s

– 定子旋转磁场转速

n – 转子转速

由此可知调速方法：交流电动机

对于进给系统常使用交流同步电机，该电机没有转差率，电机转速公式变为：

从式中可以看出：只能用变频调速，并且是有效方法。变频调速的主要环节是为交流电机提供变频、变压电源的变频器，变频器分为：

·交–直–交变频器分电压型和电流型。电压型先将电网的交流电经整流器变为直流，再经逆变器变为频率和电压都可变的交流电压。电流型是切换一串方波，方波电流供电，用于大功率。

·交–交变频器该变频器没有中间环节，直接将电网的交流电变为频率和电压都可变的交流电。

目前对于中小功率电机，用得最多的是电压型交–直–交变频器。