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交流伺服電機(jī)的基本構(gòu)造與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(異步電機(jī))相似。在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的勵(lì)磁繞組Wf和控制繞組WcoWf,接恒定交流電壓,利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化,達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格(要求分別小于10%~15%和小于15%~25%)等特點(diǎn)。
直流伺服電機(jī)基本構(gòu)造與一般直流電動(dòng)機(jī)相似。電機(jī)轉(zhuǎn)速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j,式中E為電樞反電動(dòng)勢(shì),K為常數(shù),j為每極磁通,Ua、Ia為電樞電壓和電樞電流,Ra為電樞電阻,改變Ua或改變?chǔ)?,均可控制直流伺服電?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,但一般采用控制電樞電壓的方法,在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中,勵(lì)磁繞組被消除磁鐵所取代,磁通φ恒定。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng)。西門(mén)子伺服電機(jī)編碼器軸承不好
二、西門(mén)子直流伺服電機(jī)和西門(mén)子交流伺服電機(jī)和優(yōu)缺點(diǎn)
1)直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):速度控制***,轉(zhuǎn)矩速度特性很硬,控制原理簡(jiǎn)單,使用方便,價(jià)格便宜。
缺點(diǎn):電刷換向,速度限制,附加阻力,產(chǎn)生磨損微粒(無(wú)塵易爆環(huán)境不宜)
2)交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn):速度控制特性良好,在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制,幾乎無(wú)振蕩,***的高效率,發(fā)熱少,高速控制,高***度位置控制(取決于編碼器精度),額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi),可實(shí)現(xiàn)恒力矩,慣量低,低噪音,無(wú)電刷磨損,免維護(hù)(適用于無(wú)塵、易爆環(huán)境)
缺點(diǎn):控制較復(fù)雜,驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整PID參數(shù)確定,需要更多的連線。
三、西門(mén)子伺服電機(jī)原理
交流伺服電動(dòng)機(jī)
交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組,一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf,它始終接在交流電壓Uf上;另一個(gè)是控制繞組L,聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。
交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式,但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性,無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能,它與普通電動(dòng)機(jī)相比,應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式:一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子,為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,轉(zhuǎn)子做得細(xì)長(zhǎng);另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子,杯壁僅0.2-0.3Mm,空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小,反應(yīng)迅速,而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),因此被廣泛采用。
交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒(méi)有控制電壓時(shí),定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí),定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn),在負(fù)載恒定的情況下,電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化,當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí),伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。
交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)雖然相似,但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多,所以伺服電動(dòng)機(jī)與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)相比,有三個(gè)***特點(diǎn):
(1)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大:由于轉(zhuǎn)子電阻大,使轉(zhuǎn)矩特性(機(jī)械特性)更接近于線性,而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此,當(dāng)定子一有控制電壓,轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng),即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。
(2)運(yùn)行范圍寬:運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。
(3)無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象:運(yùn)轉(zhuǎn)中的伺服電動(dòng)機(jī),只要失去控制電壓,電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
1、交流伺服電機(jī)
(1)籠型兩相交流伺服電機(jī)(細(xì)長(zhǎng)籠型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵(lì)磁電流小、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平滑)
(2)非磁性杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)(空心杯轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵(lì)磁電流較大、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)平滑)
(3)鐵磁杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)(鐵磁材料杯型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、齒槽效應(yīng)小、運(yùn)行平穩(wěn))
(4)同步型永磁交流伺服電機(jī)(由永磁同步電機(jī)、測(cè)速機(jī)及位置檢測(cè)元件同軸一體機(jī)組,定子為3相或2相,磁性材料轉(zhuǎn)子,必須配驅(qū)動(dòng)器;調(diào)速范圍寬、機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)組成,可連續(xù)堵轉(zhuǎn),快速相應(yīng)性能好,輸出功率大,轉(zhuǎn)矩波動(dòng)?。挥蟹讲?qū)動(dòng)和正弦波驅(qū)動(dòng)兩種方式,控制性能好,為機(jī)電一體化產(chǎn)品)
(5)異步型三相交流伺服電機(jī)(轉(zhuǎn)子與籠型異步電機(jī)相似,必須配驅(qū)動(dòng)器,采用矢量控制,擴(kuò)大了恒功率調(diào)速范圍,多用于機(jī)床主軸調(diào)速系統(tǒng))
2、直流伺服電機(jī)
(1)印制繞組直流伺服電機(jī)(盤(pán)形轉(zhuǎn)子、盤(pán)形定子軸向粘接柱狀磁鋼,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,無(wú)齒槽效應(yīng),無(wú)飽和效應(yīng),輸出轉(zhuǎn)矩大)
(2)線繞盤(pán)式直流伺服電機(jī)(盤(pán)形轉(zhuǎn)子、定子軸向粘接柱狀磁鋼,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,控制性能優(yōu)于其他直流伺服電機(jī),效***,輸出轉(zhuǎn)矩大)
(3)杯型電樞永磁直流電機(jī)(空心杯轉(zhuǎn)子,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小,適用于增量運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng))
(4)無(wú)刷直流伺服電機(jī)(定子為多相繞組,轉(zhuǎn)子為永磁式,帶轉(zhuǎn)子位置傳感器,無(wú)火花干擾,壽命長(zhǎng),噪聲低)
3、力矩電機(jī)
(1)直流力矩電機(jī)(扁平結(jié)構(gòu),極數(shù)槽數(shù)換向片數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多;輸出轉(zhuǎn)矩大,低速或堵轉(zhuǎn)下可連續(xù)工作,機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好,機(jī)電時(shí)間常數(shù)?。?/span>
(2)無(wú)刷直流力矩電機(jī)(與無(wú)刷直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)相似,但為扁平狀,極數(shù)槽數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多;輸出轉(zhuǎn)矩大,機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好,壽命長(zhǎng),無(wú)火花,噪聲低)
(3)籠型交流力矩電機(jī)(籠型轉(zhuǎn)子,扁平結(jié)構(gòu),極數(shù)槽數(shù)多,啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,機(jī)電時(shí)間常數(shù)小,可長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)運(yùn)行,機(jī)械特性較軟)
(4)實(shí)心轉(zhuǎn)子交流力矩電機(jī)(鐵磁材料實(shí)心轉(zhuǎn)子,扁平結(jié)構(gòu),極數(shù)槽數(shù)多,可長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn),運(yùn)行平滑,機(jī)械特性較軟)
4、步進(jìn)電機(jī)
(1)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成,轉(zhuǎn)子鐵心上無(wú)繞組,定子上有控制繞組;步距角小,啟動(dòng)與運(yùn)行頻率較高,步距角精度較低,無(wú)自鎖力矩)
(2)永磁步進(jìn)電機(jī)(永磁式轉(zhuǎn)子,徑向磁化極性;步距角大,啟動(dòng)與運(yùn)行頻率低,有保持轉(zhuǎn)矩,消耗功率比反應(yīng)式小,但須供正、負(fù)脈沖電流)
(3)混合式步進(jìn)電機(jī)(永磁式轉(zhuǎn)子,軸向磁化極性;步距角精度高,有保持轉(zhuǎn)矩,輸入電流小,兼有反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn))
5、開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)(定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成,都為凸極式,與極數(shù)相接近的大步距反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)相似,帶有轉(zhuǎn)子位置傳感器,轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無(wú)關(guān),調(diào)速范圍小,噪聲大,機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、恒功率區(qū)、串勵(lì)特性區(qū)三部分組成)