交流伺服电机及其控制1.综述
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交流伺服电动机解析,交流伺服电动机的基本类型、控制方式及其特点交流伺服电动机,是将电能转变为机械能的一种机器。
交流伺服电动机主要由一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子组成。
电动机利用通电线圈在磁场中受力转动的现象而制成的。
交流伺服电动机主要由定子部分和转子部分组成,其中定子的结构与旋转变压器的定子基本相同,在定子铁心中也安放着空间互成90度电角度的两相绕组(其中一组为激磁绕组,另一组为控制绕组)。
交流伺服电动机控制精度高,矩频特性好,具有过载能力,多应用于物料计量,横封装置和定长裁切机上。
交流伺服电动机的基本类型与普通交流电动机类似,交流伺服电动机也分为异步和同步两种。
两相交流伺服电动机原理上就是一台两相异步电动机。
它的定子上正交放置两相绕组,这两相绕组一个叫励磁绕组,另一相为控制绕组。
转子一般有两种结构形式,一种是笼型转子,这种转子的结构与普通笼型感应电动机的转子相同;另一种是非磁性空心杯转子,其结构如图所示。
笼型转子与空心杯转子比较。
前者输出力矩大、结构简单、励磁电流小、效率高,唯一不足是转子转动惯量大,因而动态响应不如空心杯转子快。
空心杯转子具有惯性小,反应灵敏,调速范围大、但这种电动机的励磁电流较大,因而功率因素和效率较低。
运行时,励磁绕组一般施加固定单相交流电压,通过对控制绕组的控制电压进行必要的控制来实现对转速的调节。
同时应注意,在相位上是不同的。
交流伺服电动机的控制方式交流伺服电动机的控制方式有三种:(1)幅值控制幅值控制通过改变控制电压Uc的大小来控制电机转速,此时控制电压Uc与励磁电压Uf之间的相位差始终保持90°电角度。
控制绕组为额定电压时所产生的气隙磁通势为圆形旋转磁通势,产生的电磁转距最大。
(2)相位控制通过改变控制电压Uc与励磁电压Uf之间的相位差来实现对电机转速和转向的控制,而控制电压的幅值保持不变。
Uc相位通过移相器可以改变,从而改变两者之间的相位差,(3)幅值相位控制励磁绕组串接电容c后再接到交流电源上,控制电压Uc与电源同相位,但幅值可以调节,当Uc的幅值可以改变时,转子绕组的耦合作用,使励磁绕组的电流If也变化,从而使励磁绕组上的电压Uf及电容上的电压uc也跟随改变,Uc与Uf的相位差?也随之改变,即改变Uc的大小,Uc与Uf的相位差也随之改变,从而改变电机的转速。
接流伺服统制电机伺服电机统制本理之阳早格格创做“伺服”一词汇源于希腊语“仆隶”的意义.“伺服电机”不妨明白为千万于遵循统制旗号指引的电机:正在统制旗号收出之前,转子停止不动;当统制旗号收出时,转子坐时转化;当统制旗号消得时,转子能坐即停转.伺服电机是自动统制拆置中被用做真止元件的微特电机,其功能是将电旗号变换成转轴的角位移或者角速度.伺服电机分为接流伺服战曲流伺服二大类接流伺服电机的基础构制与接流感触电效果(同步电机)相似.正在定子上有二个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf战统制绕组WcoWf,接恒定接流电压,利用施加到Wc 上的接流电压或者相位的变更,达到统制电机运止的手段.接流伺服电机具备运止宁静、可控性好、赞同赶快、敏捷度下以及板滞个性战安排个性的非线性度指标庄重(央供分别小于10%~15%战小于15%~25%)等个性.曲流伺服电机基础构制与普遍曲流电效果相似.电机转速n =E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j,式中E为电枢反电动势,K为常数,j为每极磁通,Ua、Ia为电枢电压战电枢电流,Ra为电枢电阻,改变Ua或者改变φ,均可统制曲流伺服电效果的转速,但是普遍采与统制电枢电压的要收,正在永磁式曲流伺服电效果中,励磁绕组被永暂磁铁所与代,磁通φ恒定.曲流伺服电效果具备劣良的线性安排个性及赶快的时间赞同.曲流伺服电机的便宜战缺面便宜:速度统制透彻,转矩速度个性很硬,统制本理简朴,使用便当,代价廉价.缺面:电刷换背,速度节制,附加阻力,爆收磨益微粒(无尘易爆环境不宜)接流伺服电机的便宜战缺面便宜:速度统制个性劣良,正在所有速度区内可真止仄滑统制,险些无振荡,90%以上的下效用,收热少,下速统制,下透彻度位子统制(与决于编码器粗度),额定运止天区内,可真止恒力矩,惯量矮,矮噪音,无电刷磨益,免维护(适用于无尘、易爆环境)缺面:统制较搀纯,启动器参数需要现场安排PID参数决定,需要更多的连线.曲流伺服电机分为有刷战无刷电机.有刷电机成本矮,结构简朴,开用转矩大,调速范畴宽,统制简单,需要维护,但是维护便当(换碳刷),爆收电磁搞扰,对于使用环境有央供,通时常使用于对于成本敏感的一般工业战民用场合.无刷电肌体积小沉量沉,着力大赞同快,速度下惯量小,力矩宁静转化仄滑,统制搀纯,智能化,电子换相办法机动,不妨圆波或者正弦波换相,电机免维护,下效节能,电磁辐射小,温降矮寿命少,适用于百般环境.接流伺服电机也是无刷电机,分为共步战同步电机,暂时疏通统制中普遍皆用共步电机,其功率范畴大,功率不妨搞到很大,大惯量,最下转速矮,转速随功率删大而匀速下落,适用于矮速稳固运止场合.伺服电机里里的转子是永磁铁,启动器统制U/V/W三相电产死电磁场,转子正在此磁场的效用下转化,共时电机自戴的编码器将反馈旗号传给启动器,对于反馈值与目标值举止比较,进而安排转子转化的角度,伺服电机的粗度决断于编码器的粗度(线数).什么是伺服电机?有几种典型?处事个性是什么?问:伺服电效果又称真止电效果,正在自动统制系统中用做真止元件,把所支到的电旗号变换成电效果轴上的角位移或者角速度输出.伺服电机分为曲流战接流伺服电效果二大类,其主要个性是,当旗号电压为整时无自转局里,转速随着转矩的减少而匀速下落.接流伺服电机战无刷曲流伺服电机正在本能上有什么辨别?问:接流伺服电机的本能要好一些,果为接流伺服是正弦波统制,转矩脉动小;而无刷曲流伺服是梯形波统制.但是无刷曲流伺服真止统制比较简朴,廉价.永磁接流伺服启动技能的迅猛死少使曲流伺服系统里临被淘汰的紧急20世纪80年代此后,随着集成电路、电力电子技能战接流可变速启动技能的死少,永磁接流伺服启动技能有了超过的死少,各国出名电气厂商相继不竭推出新的接流伺服电机战伺服启动器系列产品.接流伺服系统已成为当代下本能伺服系统的主要死少目标,使曲流伺服系统里临被淘汰的紧急.永磁接流伺服电效果共曲流伺服电效果比较,主要便宜有:⑴无电刷战换背器,运止更稳当,免维护调养.⑵定子绕组收热大大缩小.⑶惯量小,系统赶快赞同性好.⑷下速大举矩处事状态好.⑸相共功率下体积小沉量沉.永磁接流伺服系统的兴盛战现状自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部正在1978年汉诺威交易展览会上正式推出MAC永磁接流伺服电机启动系统开初,标记着新一代接流伺服技能已经老练.到1980年代中后期,各大公司皆已有了完备的系列产品,所有伺拆束置商场皆转背了接流系统.早期的模拟系统正在诸如整漂、抗搞扰、稳当性、粗度战柔性等圆里存留缺累,尚不克不迭真足谦脚疏通统制的央供,连年去随着微处理器、新式数字旗号处理器(DSP)的应用,出现了数字统制系统,统制部分可由硬件完毕.到20世纪90年代此后,齐数字正弦波统制的永磁接流伺服电机启动系统正在传动范畴中的职位进一步降下.暂时下本能的电伺服系统大多采与永磁共步型接流伺服电效果,统制启动器多采与赶快、准决定位的齐数字位子伺服系统.典型死产厂家如德国西门子、好国科我摩根战日本紧下及安川等公司.永磁接流伺服系统各主要死产商表面日本安川电体创制所推出的小型接流伺服电效果战启动器,其中D系列适用于数控机床(最下转速为1000r/min,力矩为0.25~2.8N.m),R系列适用于呆板人(最下转速为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系列战R系列.由旧系列矩形波启动的8051单片机统制,改为正弦波启动的80C、154CPU战门阵列芯片统制,力矩动摇由24%落矮到7%,并普及了稳当性.那样,只用了几年时间产死了八个系列(功率范畴为0.05~6kW)较完备的体系,谦脚了处事板滞、搬运机构、焊接板滞人、拆置呆板人、电子部件、加工板滞、印刷机、下速卷绕机、绕线机等圆里的分歧需要.以死产机床数控拆置而出名的日本法那克(Fanuc)公司,正在20世纪80年代中期也推出了S系列(13个规格)战L系列(5个规格)的永磁接流伺服电效果.其中L系列有较小的转化惯量战板滞时间常数,适用于央供特天赶快赞同的位子伺服系统.日本其余厂商,比圆三菱电效果(HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS战HC-UFS系列)、东芝粗机(SM系列)、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、坐石电机(S系列)等稠稀厂商也加进了永磁接流伺服系统的比赛止列.德国力士乐公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC 系列接流伺服电效果公有7个机座号92个规格.德国西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁接流伺服电效果分为尺度型战短型二大类,共8个机座号98种规格.据称该系列接流伺服电效果与相共输着力矩的曲流伺服电效果IHU系列相比,沉量惟有后者的1/2,配套的晶体管脉宽调制启动器6SC61系列,最多的可供6个轴的电效果统制.德国专世(BOSCH)公司死产铁氧体永磁的SD系列(17个规格)战稀土永磁的SE系列(8个规格)接流伺服电效果战Servodyn SM系列的启动统制器.好国出名的伺拆束置死产公司Gettys曾一度动做Gould 电子公司一个分部(Motion Control Division),死产M600系列的接流伺服电效果战A600 系列的伺服启动器,后合并到AEG,回复Gettys称呼,并推出A700齐数字化接流伺服系统.好国AB(ALLEN-BRADLEY)公司启动分部死产的1326型铁氧体永磁接流伺服电效果战1391型接流PWM伺服统制器,电机包罗3个机座号共30个规格.I.D.(Industrial Drives)是好国出名的科我摩根(Kollmorgen)的工业启动分部,曾死产BR-210、BR-310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电效果战BDS3型伺服启动器.自1989年起推出了崭新系列安排的永磁接流伺服电效果(Goldline),包罗B(小惯量)、M (中惯量)战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,局部采与钕铁硼永磁资料,力矩范畴为0.84~111.2N.m,功率范畴为0.54~15.7kW.配套启动器有BDS4(模拟型)、BDS5(数字型、含位子统制)战Smart Drive(数字型)三个系列,最大连绝电流55A.Goldline系列代表了当代永磁接流伺服技能最新火仄.爱我兰的Inland本为Kollmorgen正在海中的一个分部,现合并到AEG,以死产曲流伺服电效果、曲流力矩电效果战伺服搁大器而闻名.死产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁接流伺服电效果战八种统制器.法国Alsthom集团正在巴黎的Parvex工厂死产LC系列(少型)战GC系列(短型)接流伺服电效果共14个规格,并死产AXODYN系列启动器.前苏联为数控机床战呆板人伺服统制开垦了二个系列的接流伺服电效果.其中ДBy系列采与铁氧体永磁,有二个机座号,每个机座号有3种铁心少度,各有二种绕组数据,共12个规格,连绝力矩范畴为7~35N.m.2ДBy系列采与稀土永磁,6个机座号17个规格,力矩范畴为0.1~170N.m,配套的是3ДБ型统制器.连年日本紧下公司推出的齐数字型MINAS系列接流伺服系统,其中永磁接流伺服电效果有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系列大惯量电效果的功率范畴从0.5~5kW,有7种规格.韩国三星公司连年开垦的齐数字永磁接流伺服电效果及启动系统,其中FAGA接流伺服电效果系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号,功率从15W~5kW.当前常采与功率变更率(Powerrate)那一概括指标动做伺服电效果的本量果数,衡量对于比百般接曲流伺服电效果战步进电效果的动背赞同本能.功率变更率表示电效果连绝(额定)力矩与转子转化惯量之比.按功率变更率举止估计分解可知,永磁接流伺服电效果技能指标以好国I.D 的Goldline系列为最好,德国Siemens的IFT5系列次之.伺服电机本理接流伺服电效果°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它末究接正在接流电压Uf 上;另一个是统制绕组L,连接统制旗号电压Uc.所以接流伺服电效果又称二个伺服电效果.接流伺服电效果的转子常常搞成鼠笼式,但是为了使伺服电效果具备较宽的调速范畴、线性的板滞个性,无“自转”局里战赶快赞同的本能,它与一般电效果相比,应具备转子电阻大战转化惯量小那二个个性.暂时应用较多的转子结构有二种形式:一种是采与下电阻率的导电资料搞成的下电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转化惯量,转子搞得细少;另一种是采与铝合金制成的空心杯形转子,杯壁仅0.2-0.3mm,空心杯形转子的转化惯量很小,反应赶快,而且运止稳固,果此被广大采与.接流伺服电效果正在不统制电压时,定子内惟有励磁绕组爆收的脉动磁场,转子停止不动.当有统制电压时,定子内便爆收一个转化磁场,转子沿转化磁场的目标转化,正在背载恒定的情况下,电效果的转速随统制电压的大小而变更,当统制电压的相位差同时,伺服电效果将反转.接流伺服电效果的处事本理与电容运止式单相同步电效果虽然相似,但是前者的转子电阻比后者大得多,所以伺服电效果与电容运止式同步电效果相比,有三个隐著个性:1、起动转矩大:由于转子电阻大,使转矩个性(板滞个性)更靠近于线性,而且具备较大的起动转矩.果此,当定子一有统制电压,转子坐时转化,即具备起动快、敏捷度下的个性.2、运止范畴宽:运止稳固、噪音小.3、无自转局里:运止中的伺服电效果,只消得去统制电压,电机坐时停止运止.什么喊搞统制电机或者“粗稀传动微特电机”?“粗稀传动微特电机”,也便是统制电机,不妨正在系统中赶快而透彻天真止一再变更的指令,戴动伺服机构完毕指令所憧憬的处事,大多不妨谦脚以下央供:1、能一再开用、停止、制动、反转及矮速运止,且板滞强度下、耐热等第下、绝缘等第下.2、赶快相映本收好,转矩较大,转化惯量小,时间常数小.3、戴有启动器战统制器(如伺服电机、步进电机),统制本能劣良.4、下稳当性,下粗度.“粗稀传动微特电机”的类型、结媾战本能1、接流伺服电机(1)笼型二相接流伺服电机(细少笼型转子、板滞个性近似线性、体积战励磁电流小、小功率伺服、矮速运止不敷仄滑)(2)非磁性杯型转子二相接流伺服电机(空心杯转子、板滞个性近似线性、体积战励磁电流较大、小功率伺服、矮速运止仄滑)(3)铁磁杯型转子二相接流伺服电机(铁磁资料杯型转子、板滞个性近似线性、转子转化惯量大、齿槽效力小、运止稳固)(4)共步型永磁接流伺服电机(由永磁共步电机、测速机及位子检测元件共轴一体机组,定子为3相或者2相,磁性资料转子,必须配启动器;调速范畴宽、板滞个性由恒转矩区战恒功率区组成,可连绝堵转,赶快相映本能好,输出功率大,转矩动摇小;有圆波启动战正弦波启动二种办法,统制本能好,为机电一体化产品)(5)同步型三相接流伺服电机(转子与笼型同步电机相似,必须配启动器,采与矢量统制,夸大了恒功率调速范畴,多用于机床主轴调速系统)2、曲流伺服电机(1)印制绕组曲流伺服电机(盘形转子、盘形定子轴背粘接柱状磁钢,转子转化惯量小,无齿槽效力,无鼓战效力,输出转矩大)(2)线绕盘式曲流伺服电机(盘形转子、定子轴背粘接柱状磁钢,转子转化惯量小,统制本能劣于其余曲流伺服电机,效用下,输出转矩大)(3)杯型电枢永磁曲流电机(空心杯转子,转子转化惯量小,适用于删量疏通伺服系统)(4)无刷曲流伺服电机(定子为多相绕组,转子为永磁式,戴转子位子传感器,无火花搞扰,寿命少,噪声矮)3、力矩电机(1)曲流力矩电机(扁仄结构,极数槽数换背片数串联导体数多;输出转矩大,矮速或者堵转下可连绝处事,板滞战安排个性好,机电时间常数小)(2)无刷曲流力矩电机(与无刷曲流伺服电机结构相似,但是为扁仄状,极数槽数串联导体数多;输出转矩大,板滞战安排个性好,寿命少,无火花,噪声矮)(3)笼型接流力矩电机(笼型转子,扁仄结构,极数槽数多,开用转矩大,机电时间常数小,可少暂堵转运止,板滞个性较硬)(4)真心转子接流力矩电机(铁磁资料真心转子,扁仄结构,极数槽数多,可少暂堵转,运止仄滑,板滞个性较硬)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,定子上有统制绕组;步距角小,开用与运止频次较下,步距角粗度较矮,无自锁力矩)(2)永磁步进电机(永磁式转子,径背磁化极性;步距角大,开用与运止频次矮,有脆持转矩,消耗功率比反应式小,但是须供正、背脉冲电流)(3)混同式步进电机(永磁式转子,轴背磁化极性;步距角粗度下,有脆持转矩,输进电流小,兼有反应式战永磁式二者的便宜)5、开关磁阻电机(定转子均由硅钢片叠成,皆为凸极式,与极数相靠近的大步距反应式步进电机结构相似,戴有转子位子传感器,转矩目标与电流目标无关,调速范畴小,噪声大,板滞个性由恒转矩区、恒功率区、串励个性区三部分组成)6、曲线电机(结构简朴,导轨等可动做二次导体,适用于曲线往复疏通;下速伺服本能好,功率果数战效用下,恒速运止本能劣)接流同步伺服电机的规格与本能名目规格与本能结构型式笼型感触电效果热却办法小型机:齐启关;中型机:齐启关中扇热型与防备抑制透气型额定功率 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GD²²²²适用背载GD²电效果GD²的5倍频次个性 50-100HZ电源电压三相接流80-200V统制办法晶体管式等效正弦波PWM统制调速范畴 1比1000调速粗度背载变动(0%-100%)‹±0.1%;电源变动(±10%)‹±0.1%热却办法小型机用自热式;中型机用强制风热式呵护功能过电压,过电流,过载,速度,温降,编码器适用环境环境气氛温度0-50ºC,环境气氛干度85%以下,海拔1000米以下接流永磁伺服电机的规格与本能名目规格与本能电源宁静电压或者调压曲流电源(蓄电池、整流器);6.3-48V60-120V主要形成设备二相或者三相永磁共步电机,电力三极管接流器(圆形波或者等效正弦波=PWM)无触面转子位子传感器以及搁大器额定功率 0.5w-0.75kw-2.9kw额定转速 1000-3000r/min,也可20000r/min以上结构型式呵护齐滴型或者齐启关型较多额定时间连绝额定输出个性恒转矩个性转速-转矩个性加减恒转矩个性调速范畴0%-100%速度统制拆置置于电机里里.多为恒转速个性(粗度可达正背0.5%)转矩脉动比曲流电效果大效用50%-80%,无果统制引起的耗费,减速时仍有较下的效用开用个性开用转矩大于100%,瞬时最大转矩大于300%,转矩与电流成比率采与渐渐降下电压的落压开用法,小型机可间接开用速度统制改变电力三极管变流器的曲流输进电压调速制动能耗制动战反接制动较为简朴正反转可通过改变转子位子检测旗号程序真止正反转统制,真止无触面控制而不必切换主电路其余便宜果为无刷,是稳当性很下的电效果把三极管统制器置于电效果上,可赢得小型恒转速电效果与背载的对接用柔性连接器曲连,齿轮链接,皮戴对接等,无节制.背载转化惯量小于电效果转化惯量的5倍维护除轴启中无需维护使用环境可适用恶劣环境,但是不适于下温环境使用注意事项果使用了半导体元器件,对于周围温度需加以节制;果转矩脉动较大需注意矮速运止情况运止辅帮设备除曲流电源中,还需断路器、熔断器等呵护拆置以及速度统制时的调压曲流电源用途机床、呆板人、丈量仪器、自动化仪容、声响设备、办公设备以及估计机的磁戴传递机等。
交流伺服控制电机伺服电机控制原理“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10%~15%和小于15%~25%)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n=E/K1j=(Ua-IaRa)/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φ,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φ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。
交流伺服电机的工作方式交流伺服电机是一种能够实现精确控制的电机,它通过控制电机的电流和电压来实现精确的位置、速度和力控制。
在工业自动化、机器人、数控机床等领域,交流伺服电机已经成为不可或缺的重要组成部分。
下面将详细介绍交流伺服电机的工作方式。
1. 交流伺服电机的基本工作原理交流伺服电机的基本工作原理是利用电机的转子位置反馈信号来控制电机的转速和位置。
交流伺服电机的转子上装有编码器或霍尔传感器,能够实时反馈电机的转子位置信息。
控制器通过读取这些反馈信号,计算出电机的实际位置和速度,并与期望位置和速度进行比较,通过调节电机的电流和电压来实现精确的位置和速度控制。
2. 交流伺服电机的控制系统交流伺服电机的控制系统主要由三部分组成:控制器、电机和反馈装置。
控制器是控制电机运动的核心部分,它通过读取反馈信号,计算出电机的实际位置和速度,并与期望位置和速度进行比较,通过调节电机的电流和电压来实现精确的位置和速度控制。
电机是执行机构,它将控制器输出的电流信号转换为机械运动。
反馈装置是用来检测电机实际位置和速度的设备,它能够实时反馈电机的转子位置信息,提供给控制器进行计算。
3. 交流伺服电机的控制方式交流伺服电机的控制方式主要有位置控制、速度控制和力控制三种。
位置控制是指控制电机到达指定位置的控制方式,通过读取反馈信号,计算出电机的实际位置和期望位置之间的误差,通过调节电机的电流和电压来实现精确的位置控制。
速度控制是指控制电机达到指定速度的控制方式,通过读取反馈信号,计算出电机的实际速度和期望速度之间的误差,通过调节电机的电流和电压来实现精确的速度控制。
力控制是指控制电机施加指定力的控制方式,通过读取反馈信号,计算出电机施加的实际力和期望力之间的误差,通过调节电机的电流和电压来实现精确的力控制。
4. 交流伺服电机的优点交流伺服电机具有精度高、响应快、动态性能好、负载能力强等优点。
它能够实现高精度的位置、速度和力控制,适用于各种工业自动化、机器人、数控机床等领域。
交流伺服电机的控制研究摘要:随着科学技术的不断发展和计算机技术的不断进步,以及现代控制理论的不断创新,交流伺服系统作为现代主力驱动设备,在机器人、数控机床和航空航天等领域发挥着越来越重要的作用,是现代化工业生产不可或缺的一部分。
因此对于电机控制的要求也越来越严格和多样。
本文以交流伺服电机的控制为题,简单介绍几种电机控制的方法。
关键词:交流伺服电机;矢量控制;永磁同步电机;直接转矩控制0 前言交流伺服电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[1]。
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。
1 交流伺服系统的现状与发展方向1.1 交流伺服控制系统的现状伺服控制系统虽然应用已久,大量应用于结构简单的直流电机,在结构复杂的交流电机应用中还无法达到人们理想的效果,使得应用受到限制。
由于直流电机控制简单,长期应用于各种领域。
直到年,德国西门子工程师提出了矢量控制方法,将交流电机解耦后再控制,使交流电机能够和直流电机的控制性能有极高的相似之处,解决了长期阻碍交流电机发展的控制问题。
交流电机冰开始广泛在伺服控制领域应用起来,未来必将取代直流电机,在伺服控制领域中占主导地位。
由于各项相关技术理论的进一步完善,应用不断深入,验证了交流伺服系统的稳定性。
发达国家的电器公司在伺服控制领域,直流电机已经由交流电机完全代替。
现代交流伺服系统原理及控制方法现代交流伺服系统,经历了从模拟到数字化的转变,数字控制环已经无处不在,比如换相、电流、速度和位置控制;采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块(比如IR推出的伺服控制专用引擎)也不足为奇。
本文主要介绍了现代交流伺服系统原理及控制方法,具体的跟随小编一起来了解一下。
现代交流伺服系统原理交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成,其结构组成如图1所示。
其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。
我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体,使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域,还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。
目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器(dsp)作为控制核心,其优点是可以实现比较复杂的控制算法,事项数字化、网络化和智能化。
功率器件普遍采用以智能功率模块(ipm)为核心设计的驱动电路,ipm内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。
伺服驱动器大体可以划分为功能比较独立的功率板和控制板两个模块。
如图2所示功率板(驱动板)是强电部,分其中包括两个单元,一是功率驱动单元ipm用于电机的驱动,二是开关电源单元为整个系统提供数字和模拟电源。
控制板是弱电部分,是电机的控制核心也是伺服驱动器技术核心控制算法的运行载体。
控制板通过相应的算法输出pwm信号,作为驱动电路的驱动信号,来改逆变器的输出功率,以达到控制三相永磁式同步交流伺服电机的目的。
功率驱动单元功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。
经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦pwm电压型变频器来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。
功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是ac-dc-ac的过程。