西门子伺服电机

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1、SIEMENS 伺 服 电 机SIEMENS 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

2、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

3、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

4、 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 。 SIEMENS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

5、 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

6、， 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

7、 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 。 编 辑 本 段 SIEMENS 伺 服 电 机 的 性 能 比 较SIEMENS 伺 服 电 机 电 机 作 为 一 种 开 环 控 制 的 系 统 ， 和 现 代 数 字 控 制 技 术有 着 本 质 的 联 系 。 在 目 前 国 内 的 数 字 控 制 系 统 中 ， 步 进 电 机 的 应 用 十 分 广 泛 。随 着

8、 全 数 字 式 交 流 伺 服 系 统 的 出 现 ， 交 流 伺 服 电 机 也 越 来 越 多 地 应 用 于 数字 控 制 系 统 中 。 为 了 适 应 数 字 控 制 的 发 展 趋 势 ， 运 动 控 制 系 统 中 大 多 采 用 步进 电 机 或 全 数 字 式 交 流 伺 服 电 机 作 为 执 行 电 动 机 。 虽 然 两 者 在 控 制 方 式 上 相似 （ 脉 冲 串 和 方 向 信 号 ） ， 但 在 使 用 性 能 和 应 用 场 合 上 存 在 着 较 大 的 差 异 。现 就 二 者 的 使 用 性 能 作 一 比 较 。 一 、 控 制 精 度 不 同 两

9、 相 混 合 式 步 进 电 机步 距 角 一 般 为 1.8、 0.9， 五 相 混 合 式 步 进 电 机 步 距 角 一 般 为 0.72 、0.36。 也 有 一 些 高 性 能 的 步 进 电 机 通 过 细 分 后 步 距 角 更 小 。 如 三 洋 公 司（ SANYO DENKI） 生 产 的 二 相 混 合 式 步 进 电 机 其 步 距 角 可 通 过 拨 码 开 关 设 置为 1.8、 0.9、 0.72、 0.36、 0.18、 0.09、 0.072、 0.036，兼 容 了 两 相 和 五 相 混 合 式 步 进 电 机 的 步 距 角 。 交 流 伺 服 电 机

10、的 控 制 精 度 由电 机 轴 后 端 的 旋 转 编 码 器 保 证 。 以 三 洋 全 数 字 式 交 流 伺 服 电 机 为 例 ， 对 于 带标 准 2000 线 编 码 器 的 电 机 而 言 ， 由 于 驱 动 器 内 部 采 用 了 四 倍 频 技 术 ， 其 脉冲 当 量 为 360/8000=0.045。 对 于 带 17 位 编 码 器 的 电 机 而 言 ， 驱 动 器 每接 收 131072 个 脉 冲 电 机 转 一 圈 ， 即 其 脉 冲 当 量 为 360/131072=0.0027466， 是 步 距 角 为 1.8的 步 进 电 机 的 脉 冲 当 量 的1

11、/655。 二 、 低 频 特 性 不 同 步 进 电 机 在 低 速 时 易 出 现 低 频 振 动 现 象 。 振 动频 率 与 负 载 情 况 和 驱 动 器 性 能 有 关 ， 一 般 认 为 振 动 频 率 为 电 机 空 载 起 跳 频 率的 一 半 。 这 种 由 步 进 电 机 的 工 作 原 理 所 决 定 的 低 频 振 动 现 象 对 于 机 器 的 正 常运 转 非 常 不 利 。 当 步 进 电 机 工 作 在 低 速 时 ， 一 般 应 采 用 阻 尼 技 术 来 克 服 低 频振 动 现 象 ， 比 如 在 电 机 上 加 阻 尼 器 ， 或 驱 动 器 上 采

12、用 细 分 技 术 等 。 交 流 伺服 电 机 运 转 非 常 平 稳 ， 即 使 在 低 速 时 也 不 会 出 现 振 动 现 象 。 交 流 伺 服 系 统 具有 共 振 抑 制 功 能 ， 可 涵 盖 机 械 的 刚 性 不 足 ， 并 且 系 统 内 部 具 有 频 率 解 析 机 能（ FFT） ， 可 检 测 出 机 械 的 共 振 点 ， 便 于 系 统 调 整 。 三 、 矩 频 特 性 不 同 步 进 电 机 的 输 出 力 矩 随 转 速 升 高 而 下 降 ， 且 在 较 高 转 速 时 会 急 剧 下 降 ， 所 以其 最 高 工 作 转 速 一 般 在 300 6

13、00RPM。 交 流 伺 服 电 机 为 恒 力 矩 输 出 ， 即 在 其额 定 转 速 （ 一 般 为 2000RPM 或 3000RPM） 以 内 ， 都 能 输 出 额 定 转 矩 ， 在 额 定转 速 以 上 为 恒 功 率 输 出 。 四 、 过 载 能 力 不 同 步 进 电 机 一 般 不 具 有 过 载 能力 。 交 流 伺 服 电 机 具 有 较 强 的 过 载 能 力 。 以 山 洋 交 流 伺 服 系 统 为 例 ， 它 具 有速 度 过 载 和 转 矩 过 载 能 力 。 其 最 大 转 矩 为 额 定 转 矩 的 二 到 三 倍 ， 可 用 于 克 服惯 性 负 载

14、 在 启 动 瞬 间 的 惯 性 力 矩 。 步 进 电 机 因 为 没 有 这 种 过 载 能 力 ， 在 选 型时 为 了 克 服 这 种 惯 性 力 矩 ， 往 往 需 要 选 取 较 大 转 矩 的 电 机 ， 而 机 器 在 正 常 工作 期 间 又 不 需 要 那 么 大 的 转 矩 ， 便 出 现 了 力 矩 浪 费 的 现 象 。 五 、 运 行 性 能不 同 步 进 电 机 的 控 制 为 开 环 控 制 ， 启 动 频 率 过 高 或 负 载 过 大 易 出 现 丢 步 或堵 转 的 现 象 ， 停 止 时 转 速 过 高 易 出 现 过 冲 的 现 象 ， 所 以 为 保

15、 证 其 控 制 精 度 ，应 处 理 好 升 、 降 速 问 题 。 交 流 伺 服 驱 动 系 统 为 闭 环 控 制 ， 驱 动 器 可 直 接 对 电机 编 码 器 反 馈 信 号 进 行 采 样 ， 内 部 构 成 位 置 环 和 速 度 环 ， 一 般 不 会 出 现 步 进电 机 的 丢 步 或 过 冲 的 现 象 ， 控 制 性 能 更 为 可 靠 。 六 、 速 度 响 应 性 能 不 同 步 进 电 机 从 静 止 加 速 到 工 作 转 速 （ 一 般 为 每 分 钟 几 百 转 ） 需 要 200 400毫 秒 。 交 流 伺 服 系 统 的 加 速 性 能 较 好 ，

16、 以 山 洋 400W 交 流 伺 服 电 机 为 例 ， 从静 止 加 速 到 其 额 定 转 速 3000RPM 仅 需 几 毫 秒 ， 可 用 于 要 求 快 速 启 停 的 控 制 场合 。 综 上 所 述 ， 交 流 伺 服 系 统 在 许 多 性 能 方 面 都 优 于 步 进 电 机 。 但 在 一 些要 求 不 高 的 场 合 也 经 常 用 步 进 电 机 来 做 执 行 电 动 机 。 所 以 ， 在 控 制 系 统 的 设计 过 程 中 要 综 合 考 虑 控 制 要 求 、 成 本 等 多 方 面 的 因 素 ， 选 用 适 当 的 控 制 电 机 。编 辑 本 段 SIEMENS 伺 服 电 机 安 装 使 用 注 意 事 项伺 服 电 机 油 和 水 的 保 护 A： 伺 服 电 机 可 以 用 在 会 受 水 或 油 滴 侵 袭 的 场 所 ，但 是 它 不 是 全 防 水 或 防 油 的 。 因 此 ， 伺 服 电 机 不 应 当