伺服电机的设计与选择
在电子和材料加工领域的发展已改变了驱动技术的世界局势. 伺服技术,至今主要采用直流永久永磁电机 。对交流电机相比,最大的缺点是他们的劣势直流电动机速度控制功能 。最近的事态发展在电子领域,尤其是微控制器,意味着一个适当的控制系统,现在可以包括弥补这一点。
这些事态发展导致了重点在远离直流驱动系统对交流电动机的转变. 这对交流的趋势,特别是在同步电动机伺服系统是,这是显而易见的实施以前几乎总是用直流技术。
新的,钐钴,钕铁硼永磁材料可以作出功能强大的增加,作为其高能量密度电机性能的结果,而在同一时间,降低了发动机质. 因此,该驱动器的动态性能得到改善电机蔚,帧大小减少
伺服技术的定义
许多应用程序的地方就在现代驱动技术的高要求:
q定位精度
q速度精度
q速度控制范围
肌力值稳定
q过载能力
q动态性能
在驱动器的动态特性要求,换句话说它的时间响应,出现了越来越快的加工过程的结果,在加工循环的增加和生产效率相关的机器. 该驱动器的精确度往往决定了它的驱动器的工具系统可以使用的应用程序。
一个现代化的,动态驱动系统必须能够满足这些要求。
伺服驱动器的定义
伺服驱动器的驱动系统,显示较广泛的速度范围内的动态,准确的反应,也是具有过载情况下的应对能力。
单词“伺服”来自拉丁文“塞尔武斯”,可译为仆人,奴隶或帮手。
在机床行业,伺服驱动器主要是辅助驱动器。 不过,这种情况已经改变,所以,现时推行的主要驱动器也采用伺服技术。。
在这个量,我们已经使用了“伺服驱动器”和“动态驱动器”是指同一个东西. 他们总是指交流永久性场同步电动机及其相关控制系统
。
伺服驱动器开发
术语“伺服驱动”意味着某种形式的辅助驱动,这很可能是40年以前真正在机床行业,当时电机,eglathes,往往仍用手工驱动。气动,液压或固定速度仅用于交流电机的扭矩在水平要求高。这是该车工技能和手工测量和检查,他指出,决定如何进行快速,准确的工件可以加工。
在另一边是主要的驱动器,它采用气动,液压或电气的手段来实现或多或少不变,主轴转速控制
伺服驱动器的技术发展
起初,液压和气动伺服驱动器市场占主导地位. 直流驱动器变得更加重要再次与硅半导体的60年代来临。
伺服驱动器也受到这一事态发展的影响:在对改善动态响应要求认为,发展开始走在两个不同的方向。
第一次看到在对在形状电机惯性质量矩规定减少极短的,圆盘状和铁无转子。第二个集中在一个长,很瘦转子。
在这两种情况下,上世纪70年代开始看到被永久磁铁代替励磁绕组.这意味着扭矩制作更快速,更高效的结果。
采用什么类型的控制设备?起初,功率晶体管线性放大器,输出电压高达100伏左右,后来,晶闸管转换器被用来作为良好,在接近70年代末,直流转换器基于斩波开关晶体管来脱颖而出。
补偿,为首次在电动执行器效率低的水平在很大程度上。该电压可由直流电动机产量仍只有200伏左右但作为阻断电压不足的晶体管和换向器之间的电压有限的部分结果。
斩波直流转换器,必须通过一个隔离变压器连接到电源。同时,该变压器与电源的隔离器。
双方的速度和转矩控制的模拟,与所有的低电压信号的敏感性有关的问题在整个转速范围广泛的伺服驱动器典型的干扰。阿直流转速表被用来作为衡量单位反馈实际速度。
该变频器的发展,最初晶闸管的基础上,后来功率晶体管,导致了低磨损交流越来越多地使用在驱动器的情况下鼠笼式电机,电机不需要这样的标准精确控制。
对于可以在伺服驱动器使用的无刷电机搜索自70年代中期进行。
一个传统的直流电动机的原则逆转似乎是一个有前途的解决方案:在定子电枢,转子场励磁。无刷直流电机或电子换向器电机诞生了。
原则上,这是一个永久性的汽车场同步电动机,需要一个简单的位置编码器发出的信号6次革命,以确定转子的位置。
除了电子减刑,由此造成的磨损率很低,这类型的驱动器具有以下优点:
q低转动惯量转子通过平仓使用
q简单的冷却,如电力损失的发生,而不是定子转子
q更高的效率,因为是由绕组励磁没有造成损失
电子减刑的定子绕组所产生的电流会发生每60 ° elec。 并控制的位置编码器。由于直流换流块,这一原则也被称为块交换。需要额外编码器来控制速度。
在这些发展的同时,进一步的工作也已开展了以发展为无刷交流伺服驱动器鼠笼式电动机。这种电机是便宜,制造和拥有了能够工作在外地削弱范围内的额外好处。
另一对无刷驱动器的方式是所谓的正弦换相伺服驱动器已知的发展:
其背后的汽车原则也是永久场同步电动机,作为上述的优势。对于在这种情况下转子位置编码器,但是,是一个变压器,输出信号由它控制定子电流正弦。
所有的这些原则无刷伺服驱动器使用的三个例子是今天已几乎完全取代了自20世纪90年代开始刷机。
在他们成功的决定性因素是,已在半导体领域取得的进展。高度集成的,高速处理器系统和非挥发性记忆体模组的发展,促进了数字控制的介绍。无论某些功能需要更经常或不经常在个别系统已不再重要,因为就成本而言。而不是一个单独的硬件位多重软件可以被用来实现一切。
在对系统的所有3种无刷控制器电源部分基本上是相同的:一个是由变频器控制的机器,而不是使用标准电机的自我控制的逆变器功能的差异只有在开放的领域,环和闭环控制。
功率晶体管在90年代初以来的发展也使人们有可能直接连接伺服控制器无需使用电源变压器的电源电压
。
与鼠笼式异步电动机转子磁场定向控制
与鼠笼式转子和磁场定向控制的异步电动机也称为交流伺服电机。在其基本结构和运作模式这个马达对应著名的三相鼠笼式异步电动机转子。
由于伺服电机,异步电动机低惯性设计,低漏电,低滑转子,并与一个特殊的控制,确保定子和转子磁通总是垂直于another.This经营允许异步电机操作每当几乎崩溃扭矩动态响应的要求,使其非常适合用于高动态应用程序。
此电机(与永久场机的缺点)是它的低效率和更大的单位体积有点关系的扭矩。当前依赖损失发生在转子不发生永久性场转子。由于较高的损失(efficiencyη)和磁化要求(功率因素cosφ的异步电机),它需要一个逆变器输出高出了ηcosφ反比
进一步散热,必须采取措施在低转速范围,特别是。然后,这些电动机通常提供强制冷却风扇的速度或扭矩控制范围或降低。
在与其他系统相比,成本较高由于在高动态应用程序所涉及的信号处理的复杂性。这主要是高分辨率编码器和微处理器的快速,高效是负责的。该处理器必须不断地计算出转子位置的定子电流和所需的转矩和磁元件生产。
以前这些驱动器被普遍使用在机床行业的高输出的主要驱动器。
然而,这些驱动器的使用可以预期将增加,因为电子元件越来越便宜和电动机可产生更多的经济效益。
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