交流伺服电机的机械特性及控制方式PPT

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1、培训资料 名称 交流伺服电机的机械特性及控制方式 工程师培训 所属班组 xx汇报人 xx 2伺服电机基本结构及原理 内容 3旋转磁场作用下的运行分析 4交流伺服电机的机械特性及控制方式 5伺服电机编码器 7伺服电机选型 1概述 6交流伺服电机的应用 松下交流伺服电机及驱动器 伺服电动机也称为执行电动机 在控制系统中用作执行元件 将电信号转换为轴上的转角或转速 以带动控制对象 1概述 1 交流伺服电动机 2 直流伺服电动机 伺服电动机分为 1 1什么叫伺服电机 1概述 在有控制信号输入时 伺服电动机就转动 没有控制信号输入 它就停止转动 改变控制电压的大小和相位 或极性 就可改变伺服电动机的转速

2、和转向 1 2伺服电机最大特点 1概述 1 3伺服电机与普通电机相比具有如下特点 1 调速范围宽广 伺服电动机的转速随着控制电压改变 能在宽广的范围内连续调节 2 转子的惯性小 即能实现迅速启动 停转 3 控制功率小 过载能力强 可靠性好 1概述 1 4伺服电机在自控制系统中的典型应用 其它场合的应用 1概述 1 5国内外主要伺服系统生产企业介绍 1 5 1国内重要伺服系统生产企业 2 深圳市汇川技术股份有限公司 公司前身为深圳市汇川技术有限公司 2008年整体变更设立深圳市汇川技术股份有限公司 2010发行上市 1 广州数控设备有限公司公司 创建于1991年 位于广州市罗冲围螺涌北路一街7号

3、 1概述 1 5国内外主要伺服系统生产企业介绍 3 南京埃斯顿工业自动化有限公司 该公司以 做国产最好的伺服 为目标 4 太仓东元微电机有限公司公司 成立于2003年 台资企业 1 5 1国内重要伺服系统生产企业 南京埃斯顿 太仓东元 1概述 1 5国内外主要伺服系统生产企业介绍 5 卧龙电气集团股份有限公司公司 前身是成立于1995年的浙江卧龙集团电机工业有限公司 1998年变更设立为浙江卧龙电机股份有限公司 1 5 1国内重要伺服系统生产企业 6 北京和利时电机技术有限公司 位于江苏省苏州市太仓市浏河镇闸南工业区 卧龙电气 北京和利时 1概述 1 5伺服电动机典型生产厂家 1 5 2国外重

4、要伺服系统生产企业产品进入我国市场的国外重要伺服系统生产企业有 1 德国西门子 2009年伺服系统在大陆的销售额为4 49亿元 占大陆交流伺服系统市场份额的9 8 2 日本安川公司 安川电机 上海 有限公司成立于1999年4月 由日本株式会社安川电机 成立于1915年 独资 专门负责日本株式会社安川电机的运动控制产品 变频器 伺服电机 控制器 附件 在中国国内的销售及服务 2009年市场份额接近西门子公司 德国西门子伺服电机 安川伺服电机驱动器 1概述 1 5伺服电动机典型生产厂家 4 日本三菱 在大陆设立了三菱电机大连机器有限公司 主要生产ES系列伺服驱动器 其他伺服产品均需要进口 3 日本

5、松下 成立于1918年 2009年伺服系统在大陆的销售额为4 39亿元 占大陆交流伺服系统市场份额的9 6 在大陆设立珠海松下马达有限公司 产品供应全球市场 出口比例为40 50 1 5 2国外重要伺服系统生产企业产品进入我国市场的国外重要伺服系统生产企业有 松下交流伺服电机及驱动器 1概述 1 5伺服电动机典型生产厂家 5 美国科尔摩根 成立于1984年 1995年在中国设立生产分厂 2005年正式在中国运营 目前全球销售额过10亿美元 1 5 2国外重要伺服系统生产企业产品进入我国市场的国外重要伺服系统生产企业有 2伺服电机基本结构及原理 交流伺服电机系统 驱动器 交流伺服电机器 2伺服电

6、机基本结构及原理 2 1伺服电机的结构 交流电机 编码器 交流电机电源线 编码器信号输出线 2伺服电机基本结构及原理 2 1伺服电机的结构 交流电机转子 电机外壳 电缆插头 编码器线 交流电机定子 2伺服电机基本结构及原理 2 1结构 2伺服电机基本结构及原理 2 1结构 由定子 转子和编码器等分组成 转子 编码器线 定子 1 2伺服电机基本结构及原理 1 2 1结构 1 定子由铁心和线圈组成 控制绕组与励磁绕组相差900 2伺服电机基本结构及原理 2 1结构 1 定子由铁心和线圈组成 励磁绕组 控制绕组 励磁电压 控制电压 1 笼型转子 铁芯槽内放铜条 端部用短路环形成一体 或铸铝形成转子绕

7、组 2伺服电机基本结构及原理 2 转子 分笼型和杯型 笼型转子 2 杯型转子 薄壁园筒形 放于内外定子之间 一般壁厚为0 3mm 2伺服电机基本结构及原理 杯型转子 2 2转动原理 2伺服电机基本结构及原理 转动演示录像 2 2转动原理 2 2转动原理 当磁铁旋转时 在空间形成一个旋转磁场 假设永久磁铁是顺时针方向以n0的转速旋转 那末它的磁力线也就以顺时针方向切割转子导条 在转子导条中就产生感应电势 根据右手定则 N极下导条的感应电势方向垂直地从纸面出来 而S极下导条的感应电势方向垂直地进入纸面 由于鼠笼转子的导条都是通过短路环连接起来的 因此在感应电势的作用下 在转子导条中就会有电流流过

8、再根据通电导体在磁场中受力原理 转子载流导条又要与磁场相互作用产生电磁力 这个电磁力F作用在转子上 并对转轴形成电磁转矩 根据左手定则 转矩方向与磁铁转动的方向是一致的 也是顺时针方向 因此 鼠笼转子便在电磁转矩作用下顺着磁铁旋转的方向转动起来 2伺服电机基本结构及原理 3旋转磁场作用下的运行分析 为了分析方便 先假定励磁绕组有效匝数Uf与控制绕组有效匝数UC相等 这种在空间上互差900电角度 有效匝数又相等的两个绕组称为对称两相绕组 3 1伺服电机旋转磁场的产生 3旋转磁场作用下的运行分析 同时 又假定通入励磁绕组的电流Uf与通入控制绕组的电流UC相位上彼此相差900幅值彼此相等 这样的两个

9、电流称为两相对称电流 用数学式表示为 3 1旋转磁场的产生 控制绕组 励磁绕组 当两相对称电流通入两相对称绕组时 在电机内就产生一个旋转磁场 当电流变化一个周期时 旋转磁场在空间转了一圈 3 1旋转磁场的产生 3 2伺服电机旋转磁场的方向 控制绕组 励磁绕组 控制绕组 励磁绕组 3 2伺服电机旋转磁场的方向 3 3伺服电机旋转磁场的速度 旋转磁场的转速决定于定子绕组极对数和电源的频率 图所表示的是一台两极的电机 即极对数P 1 对两极电机而言 电流每变化一个周期 磁场旋转一圈 因而当电源频率f 400Hs 即每秒变化400个周期时 磁场每秒应当转400圈 故对两极电机 即P 1而言 旋转磁场转

10、速为n0 24000r min旋转磁场转速为的一般表达式为 4 伺服电机的机械特性及控制方式 4 1伺服电机的机械特性 对于伺服电动机 还有一条很重要的机械特性 这就是零信号时的机械特性 所谓零信号 就是控制电压UC 0 这时磁场是脉振磁场 它可以分解为幅值相等 转向相反的两个圆形旋转磁场 其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁N S和N S在空间以相反方向旋转 4 2零信号时的机械特性和无 自转 现象 4 2零信号时的机械特性和无 自转 现象 T正 T反 T合 4 2零信号时的机械特性和无 自转 现象 转子电阻小 转子电阻大 n s 当电阻已增大到使临界转差率 1的程度时 合成转矩曲线与横轴相

11、交仅有一点 S 1处 而且在电机运行范围内 合成转矩均为负值 即为制动转矩 因而当控制电压UC取消变为单相运行时 电机就立刻产生制动转矩 与负载阻转矩一起促使电机迅速停转 这样就不会产生自转现象 4 2零信号时的机械特性和无 自转 现象 4 3伺服电机控制方式及特性 设电机的负载阻转矩为TL 控制电压0 25UC时 电机在特性点A运行 转速为na 这时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡 当控制电压升高到0 5UC时 电机产生的转矩就随之增加C 由于电机的转子及其负载存在着惯性 转速不能瞬时改变 因此电机就要瞬时地在特性点C运行 这时电机产生的转矩大于负载阻转矩 电机就加速 一直增加到nb 电机就

12、在B点运行 伺服电动机的机械特性 A B C 结论 改变控制电压的大小 就实现了转速的控制 5伺服电机编码器 编码器部分 安装在电机后端 其转盘 光栅 与电机同轴 伺服电机控制精度取决于编码器精度 5 1伺服电机编码器结构 编码器 编码器 伺服电机控制精度取决于编码器精度 5 1伺服电机编码器 编码器 5伺服电机编码器 伺服电机控制精度取决于编码器精度 5 1伺服电机编码器 编码器 5伺服电机编码器 5交流伺服电机的应用 5 1伺服电机编码器 编码器 5 2伺服电机驱动器 1 主要功能 1 根据给定信号输出与此成正比的控制电压UC 2 接收编码器的速度和位置信号 3 I O信号接口 5 2伺服

13、电机驱动器 数码显示窗口 参数设置键 计算机RS232口 I O信号接口 编码器信号接口 电机电源输入输出接线端子 2 外部组成 5 2伺服电机驱动器 3 控制模式 1 位置控制模式 最大输入脉冲频率500KPPS 微分接收器 和200KPPS 用于开路收集器 2 速度控制模式 模拟速度指令输入 0 10V 额定转速 3 力矩控制模式 模拟力矩指令输入 0 10V 最大力矩 5 2伺服电机驱动器 4 原理框图 6交流伺服电机系统应用 图2 2交流伺服电机系统接线示意图 交流伺服电机驱动器 连接AC220V I O板 6 1交流伺服电机系统结构 6交流伺服电机系统应用 6 1交流伺服电机系统结构

14、 方法一联接计算机使用软件设置 方法二直接在驱动器面板按钮设置 6交流伺服电机系统应用 6 2交流伺服电机系统设置参数 方法一 使用计算机设置参数 1 启动软件 2 修改参数NO 19 000E 允许参数改写 3 修改参数O 41 0001 内部使能 4 正反转试运行 6 2交流伺服电机系统设置参数 1 启动软件 2 进入TEST功能 使用JOG模式调试系统 3 正反转试运行 2 使用计算机调试伺服电机系统 1 启动软件将参数NO 41 0000 改为外部使能 然后关闭软件 2 接通电源 显示窗口显示数字为设备连接正确 3 按MODE键 显示rd of 3 使用驱动器操作面板手动调试伺服电机系

15、统 4 按UP键多次直至显示TEST1 5 按住SET直至显示窗显示D 01并闪烁 6 按UP正转 按DOWN反转 1 接通电源 显示窗口显示数字为设备连接正确 如 设置参数NO19 3 按DOWN或UP键多次 直至显示P19 4 按SET键 显示窗显示0000 5 按SET键 显示窗0000闪烁 2 按MODE键多次 直至显示数P00 6 按DOWN或UP键多次 直至显示000E 7 按SET键 再次通电 设置生效 3 使用驱动器操作面板手动设置参数的方法 7 1功率的选择 功率选得过大不经济 功率选得过小电动机容易因过载而损坏 1 对于连续运行的伺服电动机 所选功率应等于或略大于生产机械的

16、功率 2 对于短时工作的伺服电动机 允许在运行中有短暂的过载 故所选功率可等于或略小于生产机械的功率 7 伺服电机的选择 7 2种类和型式的选择 1 种类的选择 一般自动控制应用场合应尽可能选用交流伺服电机 调速和控制精度很高的场合选用直流伺服电机或其他专用的控制电机 如直线电机等 2 结构型式的选择 根据工作方式和工作环境的条件选择不同的结构型式 如频繁启停选用空心杯转子结构的伺服电机 如速度要求较平衡的场合选用大惯量伺服电机 7 伺服电机的选择 54 机械构成要素支持10种类型惯量比的计算以及各种数据的准备双击数据输入部分后打开 工具 计算画面 能够代入计算在 工具 中含有密度 摩擦系数 有效率等选择带减速机的电机后考虑减速机的效率 惯量比后进行计算可以计算任意运行曲线 7 3 容量的选择要注意的几个问题 使用软件进行选择 55 1 速度余量和转矩余量 为了今后 能够稳定的运行容量选型软件滚珠丝杠间距以及减速比的选定中 留有一定余量可以比额定速度高速的运行HF KP可以以额定的2倍 最大转速为6000r min运行刚开始运转的机器 因为摩擦损耗等造成负载转矩增加的几率要比高速运转中