您的位置:控制工程论坛网论坛 » 技术争鸣 » 伺服电机

CECwiki

CECwiki   |   当前状态:离线

总积分:4858  2024年可用积分:0

注册时间: 2009-02-24

最后登录时间: 2009-07-01

空间 发短消息加为好友

伺服电机

CECwiki  发表于 2009/3/11 21:05:40      6055 查看 13 回复  [上一主题]  [下一主题]

手机阅读

  分类

  伺服电机,是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,作为补助马达间接变速的装置。
  工作原理图
    

  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)。


  作用
  可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。


  分类及特点
  伺服电机可以分为直流伺服电机和交流伺服电机。
  直流伺服电机可以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,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
  无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。
  交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。


  优势
  和步进电机相比具有如下优势:
  1、实现了位置,速度和力矩的闭环控制;克服了步进电机失步的问题;
  2、高速性能好,一般额定转速能达到2000~3000转;
  3、抗过载能力强,能承受三倍于额定转矩的负载,对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用;
  4、低速运行平稳,低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合;
  5、电机加减速的动态相应时间短,一般在几十毫秒之内;
  6、发热和噪音明显降低。


  常用交流伺服的应用
  交流伺服有三种工作方式:位置控制、速度控制,转矩控制。
  非通讯控制情况下,位置控制一般用脉冲串控制,速度和转矩控制用模拟量控制。
  位置控制一般用来作单轴、多轴定位;速度控制一般用作速度跟随,比如飞剪的追踪轴;转矩控制比如控制拧紧矿泉水瓶盖的力的大小,避免旋不到位又避免旋暴。

伺服电机,是在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,作为补助马达间接变速的装置。

 

编辑角度提供:“原理”、“分类”、“特点”、“不同品牌介绍”、“应用”……

 

您也可以选择您感兴趣或熟悉的角度编辑。

 

相关资讯\博客\帖子阅读:

 

伺服电机应用解析 

注塑机伺服电机如何节能

交流伺服电机的工作原理 
现代交流伺服系统技术和市场发展综述

伺服电机的几种制动方式 

 

点击海量搜索

 

 

欢迎继续补充未结束编辑词条http://bbs.controleng.cn/ShowTopic.aspx?id=73034,以及查看已结束编辑词条http://bbs.controleng.cn/ShowTopic.aspx?id=73697

1楼 0 0 回复
  • goldjack

    goldjack   |   当前状态:在线

    总积分:3142  2024年可用积分:0

    注册时间: 2007-01-15

    最后登录时间: 2023-12-26

    空间 发短消息加为好友

    goldjack   发表于 2009/3/9 16:36:16

    伺服电机可以分为直流伺服电机和交流伺服电机


    直流伺服电机可以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,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。


    无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。


    交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。


     

    2楼 回复本楼

    引用 goldjack 2009/3/9 16:36:16 发表于2楼的内容

  • jiang_0514

    jiang_0514   |   当前状态:在线

    总积分:2005  2024年可用积分:0

    注册时间: 2008-10-15

    最后登录时间: 2023-04-25

    空间 发短消息加为好友

    jiang_0514   发表于 2009/3/9 17:01:05

    ■定义: 在伺服系统中控制机械元件运转的发动机.是一种补助马达间接变速装置。

      ■作用:伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确。将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象

      ■分类:直流伺服电机和交流伺服电机。

      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,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

      无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。

      交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

      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)。
    3楼 回复本楼

    引用 jiang_0514 2009/3/9 17:01:05 发表于3楼的内容

  • jiang_0514

    jiang_0514   |   当前状态:在线

    总积分:2005  2024年可用积分:0

    注册时间: 2008-10-15

    最后登录时间: 2023-04-25

    空间 发短消息加为好友

    jiang_0514   发表于 2009/3/9 17:01:56

    一、交流伺服电动机

      交流伺服电动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。

      交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无“自转”现象和快速响应的性能,它与普通电动机相比,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式:一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁路的磁阻,要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小,反应迅速,而且运转平稳,因此被广泛采用。

      交流伺服电动机在没有控制电压时,定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场,转子静止不动。当有控制电压时,定子内便产生一个旋转磁场,转子沿旋转磁场的方向旋转,在负载恒定的情况下,电动机的转速随控制电压的大小而变化,当控制电压的相位相反时,伺服电动机将反转。

      交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似,但前者的转子电阻比后者大得多,所以伺服电动机与单机异步电动机相比,有三个显著特点:

      1、起动转矩大

      由于转子电阻大,其转矩特性曲线如图3中曲线1所示,与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比,有明显的区别。它可使临界转差率S0>1,这样不仅使转矩特性(机械特性)更接近于线性,而且具有较大的起动转矩。因此,当定子一有控制电压,转子立即转动,即具有起动快、灵敏度高的特点。

      2、运行范围较广

      3、无自转现象

      正常运转的伺服电动机,只要失去控制电压,电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后,它处于单相运行状态,由于转子电阻大,定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性(T1-S1、T2-S2曲线)以及合成转矩特性(T-S曲线)

      交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz,电压有20V、26V、36V、115V等多种。

      交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性,并且由于转子电阻大,损耗大,效率低,因此与同容量直流伺服电动机相比,体积大、重量重,所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。
    4楼 回复本楼

    引用 jiang_0514 2009/3/9 17:01:56 发表于4楼的内容

  • padora

    padora   |   当前状态:在线

    总积分:4318  2024年可用积分:0

    注册时间: 2008-02-28

    最后登录时间: 2016-03-05

    空间 发短消息加为好友

    padora   发表于 2009/3/9 17:07:16

    精一些.
    5楼 回复本楼

    引用 padora 2009/3/9 17:07:16 发表于5楼的内容

  • dongning

    dongning   |   当前状态:离线

    总积分:145  2024年可用积分:0

    注册时间: 2009-03-09

    最后登录时间: 2009-08-28

    空间 发短消息加为好友

    dongning   发表于 2009/3/9 17:20:58

    交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。但是,交流伺服电机必须具备一个性能,就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象,即无控制信号时,它不应转动,特别是当它已在转动时,如果控制信号消失,它应能立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后,如控制信号消失,往往仍在继续转动。

            当电机原来处于静止状态时,如控制绕组不加控制电压,此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速,向相反方向旋转,所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组(或杯形壁)并感应出大小相同,相位相反的电动势和电流(或涡流),这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反,合成力矩为零,伺服电机转子转不起来。一旦控制系统有偏差信号,控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。在一般情况下,电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。这两个圆形旋转磁场幅值不等(与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大,与原转向相反的反转磁场小),但以相同的速度,向相反的方向旋转。它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等(正转者大,反转者小)合成力矩不为零,所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来,随着信号的增强,磁场接近圆形,此时正转磁场及其力矩增大,反转磁场及其力矩减小,合成力矩变大,如负载力矩不变,转子的速度就增加。如果改变控制电压的相位,即移相180o,旋转磁场的转向相反,因而产生的合成力矩方向也相反,伺服电机将反转。若控制信号消失,只有励磁绕组通入电流,伺服电机产生的磁场将是脉动磁场,转子很快地停下来。


    为使交流伺服电机具有控制信号消失,立即停止转动的功能,把它的转子电阻做得特别大,使它的临界转差率Sk大于1。在电机运行过程中,如果控制信号降为,励磁电流仍然存在,气隙中产生一个脉动磁场,此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。一旦控制信号消失,气隙磁场转化为脉动磁场,它可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成,电机即按合成特性曲线运行。由于转子的惯性,运行点由A点移到B点,此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。在负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。



    必须指出,普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作,不对称运行属于故障状态。而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。

    6楼 回复本楼

    引用 dongning 2009/3/9 17:20:58 发表于6楼的内容

  • xilinxue

    xilinxue   |   当前状态:在线

    总积分:16186  2024年可用积分:0

    注册时间: 2008-06-26

    最后登录时间: 2020-03-22

    空间 发短消息加为好友

    xilinxue   发表于 2009/3/10 13:03:22

    当前的直流异步电机并没有针对低惯量和高加速度反应进行设计。
      你真的需要伺服电机吗?一台带有反馈设备的异步电动机可以为特殊应用提供更好的解决方案吗?看一看伺服电机和异步电机的定义和性能属性,也许可以得到答案。
      伺服电机系统伺服系统不仅仅是一台电机,它是包含控制器、驱动、电机和反馈设备的闭环运动系统,通常还带有光学或者磁性编码器。因为供应商总是在做伺服电机的广告,人们就发生了概念混淆。
      伺服电机是具有永磁(PM) 的同步机器,代表为有刷或者无刷永磁电机。它的性能属性和其他的几种电机类型不太一样。永磁同步电机拥有很高的峰值和连续扭矩,可以用来在精确定位系统中以很高的加速度和减速度驱动伺服系统。扭矩通常和输入电流成正比,电机轴速和输入电压直接相关。输入电压越高,电机的速度也就越快,扭矩/速度曲线是线性的。
      永磁结构和电机的气隙直接相连。看看永磁无刷电机的配置,可动的转子(具有永磁性)和固定的定子线圈在磁性上相互作用,使电机具备扭矩和速度。三相定子域交替加强,永磁转子与旋转的定子同步。一个特殊的电子沟通系统可以用来检测转子的位置以加强定子
      线圈。在精确定位系统中,除了大多数汽车应用和系统中使用超大型电机之外,都要选择永磁无刷电机。当用在闭环扭矩、速度或者定位系统中,永磁无刷电机只是一种伺服电机。
      异步电机拥有和永磁无刷电机相同的物理定子,但是转子结构完全不同。鼠笼异步电机包括一系列铝制或者铜制件,嵌入在转子结构的凹槽中,通过大型的短翼尾部连接。这些转子短板与定子旋转域磁性耦合,感生出新的转子域,同定子相互作用以使转子运动。在同步定子、慢速转子域和实际转子速度之间存在一点微小差距,这个速度差距导致了滑移。输入的频率决定了电机速度。
      举例来说,一台60Hz的两极交流电机空载速度可以达到3600rpm,而四极交流电机的速度则低于1800rpm,并且依赖于滑移率。随着电机扭矩的增加,滑移增加而速度下降。交流异步电机要增加扭矩,代价是降低速度,直到负载达到临界点这时候电机速度突然降低到零。一个固有的交流电机性能特点是:它的初始扭矩很小,而且当电机启动时没有任何负载。
      这个固有的扭矩-速度性能,随着八十年代电动变频器的出现而被彻底改变了。变频器的功能在于,使用可调或者可变的驱动重新确定扭矩-速度曲线,以改变电压和频率,从而使交流异步电动机成为系统速度之王。
      当今的速度和定位系统:高性能驱动的持续进步,已经使交流异步电机和永磁无刷电机以及相应的驱动在市场上更具竞争力,但是永磁无刷电机仍然统治着定位控制应用。除此而外,永磁无刷电机还在工厂里蚕食着直流有刷速度控制在1kw(1.37hp)或者更低瓦数应用的市场。
      怎样选择:直流异步电机当前不是为了低滞和高加速度响应所设计。它占据了从100瓦到100万瓦的速度应用的绝大部分市场份额。
      除了在50kw(67hp)或者更大的系统之外,都可以将永磁无刷电机用于伺服定位系统。在固定或者可变速度的系统里,则更多的使用交流异步电机。通用的解决方案是很少见的。其他的电机也还不错,但是远远没有经典的交流异步电机和新兴的永磁无刷电机这样成功。
    7楼 回复本楼

    引用 xilinxue 2009/3/10 13:03:22 发表于7楼的内容

  • jiang_0514

    jiang_0514   |   当前状态:在线

    总积分:2005  2024年可用积分:0

    注册时间: 2008-10-15

    最后登录时间: 2023-04-25

    空间 发短消息加为好友

    jiang_0514   发表于 2009/3/10 13:24:45

     


    1、项目介绍
      
    由于塑料加工行业生产的规模化和生产工艺日益的提高,原有的塑料加工机械已经无法满足客户的需求,因此有我公司和国内某塑料机械生产企业合作,针对他们原有的塑料吹膜机械进行了改造,提高该机械的技术含量和产品的竞争力,以此来满足客户日益提高的要求。
      
    螺旋挤出机械对电机系统的要求是低转速、大扭矩输出。然而,目前螺旋挤出机械普遍采用的电机系统是由电机、变频器及减速机构组成,存在效率低、调速范围小、耗电大、在负载变化是响应不够快导致吹出的膜厚度不均、减速机构的定期维护工作繁琐以及在生产过程中减速机构润滑油泄漏造成工作环境较脏等缺点。时光科技有限公司采用交流异步电机的伺服控制技术,对塑料吹膜机的螺旋挤出电机系统进行了改造,弥补了以上的不足,为此类机械的产品升级换代提供了一种创新的思路和解决方案。
      
    2、解决方案
      
    时光伺服电机系统采用低速、大扭矩电机和时光伺服控制器取代原有的电机和变频器,取消了原有传动机构中的减速机,使系统机械结构得到简化,并且弥补了上述的不足,使得新型的机械无论在技术含量和加工工艺都有了长足的进步,不仅满足了客户的要求,而且在节能、机械维护的简化、工作环境的改善等方面也有了很大的提高,提高了产品的竞争力。
    (1)机械结构
    改造前后机械结构如图1所示。


    图1a 改造前的机械结构图

    图1b 改造后的机械结构图


    由于该类产品已是定型的产品,所以为了不使相应的配套产品也有过多的改变而提高改造的费用,我们沿用了原有的操作界面,并且留有备用接口提供给厂家,以方便他根据客户的要求,增加其它用途。其螺杆挤出部分主电机操作界面如图2所示。


    (2)软件编程
    针对吹膜机的技术要求,编写相应程序来满足相关要求,其程序设计流程如下所示:


    3、项目改造效果
      
    塑料螺旋挤出机械的主轴转速较低,一般在0~160rpm左右。使用普通电机,需要1:10以上的减速机构。时光公司特别研发的低速大扭矩电机采用增加电机极数、降低电机基频的方法,使电机的额定转速降到200rpm以下,而电机的输出转矩大幅度提高,因而可以减小或取消减速机。为防止故障堵转损坏电机,保留了一级皮带或链条传动。
    变频器调速在电机的基频点是效率和输出转矩的最高点,根据其特征曲线,在基频以下输出转矩和效率都在下降,因此为在低速时保证足够的输出转矩,必须加大电机功率。而时光伺服控制器在电机基频以下保持恒转矩输出,具有三倍额定以上转矩的过载能力。因而时光的伺服控制系统可以以较低的额定转速到零转速之间都保证输出转矩不小于额定转矩。根据变频器控制低速时电机的转矩下降曲线,伺服控制器可以将电机功率减小到变频控制的1/2~2/5。
    如果使用变频器驱动低速大扭矩电机,由于其调速范围小,低速转矩足,在低频时工作状态不良。在低于8Hz的情况下,力矩明显不足。时光伺服控制器具有0~400Hz的调速范围,且低频力矩特性良好,可在低速时平稳精确的控制电机。对于吹膜机等对薄膜厚度有严格要求的设备,可以精确控制电机,与变频器相比具有很大的技术优势。
      
    4、经济及社会效益分析
    通过广泛比较,时光伺服控制系统的成本与所取代的系统成本基本持平或略高。
    由于取消了减速机,节约了钢铁材料、减少了铸造和机加工工序、减化了安装调试过程、降低了机械的维护成本。
    节约能源,节电率达30-40%,节电的费用对于产品的最终用户有较大的吸引力。按上述改造案例进行成本分析,电机功率减小7.5kw,按耗电量减5kw计算,每小时5度(kwh)电,一天节电120度(此类机械需要预加热过程,故连续生产最为经济)。按工业用电0.75元/度计算,一天节电费用90元;一个月按25天计算,每月节电费用2250元。一个月的节电费用已完全可以收回因采用伺服控制的电机系统所增加的成本,以后的节电费用便可以大大降低用户的生产成本。
    8楼 回复本楼

    引用 jiang_0514 2009/3/10 13:24:45 发表于8楼的内容

  • CECwiki

    CECwiki   |   当前状态:离线

    总积分:4858  2024年可用积分:0

    注册时间: 2009-02-24

    最后登录时间: 2009-07-01

    空间 发短消息加为好友

    CECwiki   发表于 2009/3/10 15:17:03

    这种具体应用案例不是工控wiki要想的.


    可以是用户角度简单谈下应用.

    9楼 回复本楼

    引用 CECwiki 2009/3/10 15:17:03 发表于9楼的内容

  • hege377

    hege377   |   当前状态:在线

    总积分:6784  2024年可用积分:0

    注册时间: 2007-07-23

    最后登录时间: 2020-05-16

    空间 发短消息加为好友

    hege377   发表于 2009/3/10 16:42:20

    交流伺服有三种工作方式:位置控制、速度控制,转矩控制。


    非通讯控制情况下,位置控制一般用脉冲串控制,速度和转矩控制用模拟量控制。


    位置控制一般用来作单轴、多轴定位;速度控制一般用作速度跟随,比如飞剪的追踪轴;转矩控制比如控制拧紧矿泉水瓶盖的力的大小,避免旋不到位又避免旋暴。

    10楼 回复本楼

    引用 hege377 2009/3/10 16:42:20 发表于10楼的内容

  • hege377

    hege377   |   当前状态:在线

    总积分:6784  2024年可用积分:0

    注册时间: 2007-07-23

    最后登录时间: 2020-05-16

    空间 发短消息加为好友

    hege377   发表于 2009/3/10 16:44:23

    富士的W系列伺服同功率比如0.75KW,2000转的比3000转的贵1000多元,不知什么原因?
    11楼 回复本楼

    引用 hege377 2009/3/10 16:44:23 发表于11楼的内容

总共 , 当前 /, 12【下一页】