交流伺服电动机与直流伺服电动机的比较

交流伺服电动机与直流伺服电动机的比较2012-1-1311:53:00来源：南京雪曼机电科技有限公司电气伺服技术在机电一体化产品中的应用最为广泛，其主要原因是由于伺服电动机控制方便、灵活，容易获取驱动能源，没有公害污染，维护也比较容易。特别是随着电子技术和软件技术的发展，为电气伺服技术的发展提供了广阔的前景。在电气伺服系统中，按驱动装置的执行元件电动机类型来分，大致说来，通常分为直流(Dc)伺服系统和交流(Ac)伺服系统两大类。下面就以Dc伺服电动机和Ac伺服电动机为比较对象，来粗略地说明这两类伺服系统的优缺点。从技术上看，在20世纪60年代末、70年代初，Dc伺服电动机就已经实用化了，在各类机电一体化产品中，大量使用着各种结构的Dc伺服电动机。在20世纪70年代末期，随着微处理器技术、电动机控制技术、大功率高性能半导体器件、电动机永磁材料的发展和成本的降低，Ac伺服电动机及其控制装置所组成的Ac伺服系统开始应用。由于Ac伺服系统具有明显的优越性，目前已成为工厂自动化(FA)的基础技术之一，并将逐步取代Dc伺服系统。在Ac伺服系统中，按电动机种类又分为同步型和异步型(感应)Ac伺服系统两种。两种类型的Ac伺服电动机与Dc伺服电动机的主要性能比较见表l-1。Dc伺服电动机在轴端安装高性能的速度和位置检测器，并用脉冲宽度调制(PwM)大功率电力电子器件(IGBT)的放大器驱动，可以使Dc伺服系统具有优良的控制性能，所以在20世纪70年代曾获得了广泛应用。但由于Dc伺服电动机．存在机械换向器，需要较多的维护，运行火花使应用环境受到了某些限制，转子容易发热，影响与其相连接的丝杠精度，高速运行和大容量设计都受到机械换向器的限制。这些缺点和限制都是由变流机构一机械换向器所造成的。所以，革除机械换向器而保留Dc伺服电动机的优良控制性能，是人们长期以来一直在追求的目标。Ac伺服电动机本身结构简单，坚固耐用，体积小，质量轻，没有机械换向，无需多少维护。由于电力电子器件组成的逆变器及微电子器件对逆变器的控制灵活性．为取代机械换向器提供了条件，才有可能使得包括Ac伺服电动机、逆变器及其控制回路等组成的整体装置——Ac伺服系统，达到Dc伺服电动机及Dc伺服系统的控制性能，克服了Dc伺服电动机的缺点，发挥了Ac伺服电动机的长处。Ac伺服电动机通常有笼型异步(感应)伺服电动机和永磁同步型伺服电动机两类，由电子器件与其结合，分别构成异步型Ac伺服系统和同步型Ac伺服系统。异步型Ac伺服系统的控制方法是采用矢量变换控制。所谓矢量变换控制就是模仿Dc伺服电动机的控制，把异步伺服电动机的定子电流分成两个电流分量进行分别独立控制，一个电流分量与转子磁通方向一致，该电流分量称为定子电流的励磁分量；另一个电流分量与转子磁通垂直，该分量称为定子电流的转矩分量。由于实现矢量变换计算复杂，电动机低速特性不良，容易发热。因此，在功率为千瓦、转速下限为几分钟一转的进给伺服驱动中，大多数情况下，都采用同步型伺服电动机。作为伺服驱动用的同步电动机，在转子上装有永磁材料，产生恒定磁场。在伺服电动机轴的非负载侧安装速度检测器和位置检测器。位置检测器的一个用途就是用以检测永磁体的磁极位置。由磁极位置信号控制同步伺服电动机电枢电流的相位以实现转子磁场方向与电枢电流矢量的磁场在空间上正交，在其他条件一定时所产生的电磁转矩最大。由于可以连续测量出磁场位置，因此，就可以对电枢电流的相位进行精细的控制。对定子电流幅值和相位进行控制，达到了对定子电流瞬间值进行细微控制的要求。应该进一步指出，电动机的转子磁通系由转子上的永磁体产生且保持恒定，所控制的定子电流与磁场正交，完全是用来产生转矩的。这一点和Dc伺服电动机是一样的，电磁转矩和定子电流具有线性关系。如果转子磁通和定子电流矢量间不是正交的话，则可能导致气隙的有效磁场增加或减少，电动机的运行状态将发生变化。