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          伺服電機

          • 瀏覽次數:10131次
          • 發布時間:2015/2/6 15:13:58
          • 作者:銀河電氣
          定義
          伺服電機是一種補助馬達間接變速裝置,在伺服系統中控制機械元件運轉,是一種可以連續旋轉的電-機械轉換器,又稱執行電動機。伺服電機可控制速度、位置等,在應用中把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。
          其主要特點是:當信號電壓為零時無自轉現象,轉速隨著轉矩的增加而勻速下降;
          其作用:可使控制速度,位置精度非常準確。
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          伺服電機的分類
             伺服電機分為直流伺服電動機交流伺服電動機兩大類。
            交流伺服電機也是無刷電機,分為同步和異步電機,目前運動控制中一般都用同步電機,它的功率范圍大,可以做到很大的功率。大慣量,最高轉動速度低,且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩運行的應用。
            直流伺服電機分為無刷和有刷電機。
            1、無刷電機體積小,重量輕,出力大,響應快,速度高,慣量小,轉動平滑,力矩穩定??刂茝碗s,容易實現智能化,其電子換相方式靈活,可以方波換相或正弦波換相。電機免維護,效率很高,運行溫度低,電磁輻射很小,長壽命,可用于各種環境。
            2、有刷電機成本低,結構簡單,啟動轉矩大,調速范圍寬,控制容易,需要維護,但維護方便(換碳刷),產生電磁干擾,對環境有要求。因此它可以用于對成本較高的普通工業和民用場合。
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          伺服電機和步進電機的性能比較

            步進電機作為一種開環控制的系統,和現代數字控制技術有著本質的聯系。步進電機和伺服電機兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號),但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。

          01控制精度不同

            兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°,五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如山洋公司(SANYO DENKI)生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。
            交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以山洋全數字式交流伺服電機為例,對于帶標準2000線編碼器的電機而言,由于驅動器內部采用了四倍頻技術,其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言,驅動器每接收131072個脈沖電機轉一圈,即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°,是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。

          02低頻特性不同

            步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關,一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時,一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象,比如在電機上加阻尼器,或驅動器上采用細分技術等。
            交流伺服電機運轉非常平穩,即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能,可涵蓋機械的剛性不足,并且系統內部具有頻率解析機能(FFT),可檢測出機械的共振點,便于系統調整。

          03矩頻特性不同

            步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降,且在較高轉速時會急劇下降,所以其最高工作轉速一般在300~600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉速(一般為2000RPM或3000RPM)以內,都能輸出額定轉矩,在額定轉速以上為恒功率輸出。

          04過載能力不同

            步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺服系統為例,它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的二到三倍,可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力,在選型時為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉矩的電機,而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩,便出現了力矩浪費的現象。

          05運行性能不同

            步進電機的控制為開環控制,啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象,停止時轉速過高易出現過沖的現象,所以為保證其控制精度,應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統為閉環控制,驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣,內部構成位置環和速度環,一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象,控制性能更為可靠。

          06速度響應性能不同

            步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鐘幾百轉)需要200~400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好,以山洋400W交流伺服電機為例,從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場合。

            所以交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素,選用適當的控制電機。

          3
          伺服電動機與單機異步電動機性能比較

          01無自轉現象

            正常運轉的伺服電動機,只要失去控制電壓,電機立即停止運轉。當伺服電動機失去控制電壓后,它處于單相運行狀態,由于轉子電阻大,定子中兩個相反方向旋轉的旋轉磁場與轉子作用所產生的兩個轉矩特性(T1-S1、T2-S2曲線)以及合成轉矩特性(T-S曲線)
            伺服電機的輸出功率一般是0.1-100W。當電源頻率為50Hz,電壓有36V、110V、220、380V;當電源頻率為400Hz,電壓有20V、26V、36V、115V等多種。

          02運行范圍較廣

          03起動轉矩大

            由于轉子電阻大,其轉矩特性曲線如圖3中曲線1所示,與普通異步電動機的轉矩特性曲線2相比,有明顯的區別。它可使臨界轉差率S0>1,這樣不僅使轉矩特性(機械特性)更接近于線性,而且具有較大的起動轉矩。因此,當定子一有控制電壓,轉子立即轉動,即具有起動快、靈敏度高的特點。


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