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如何選擇伺服電機?
一個伺服系統(tǒng),不單單是一個電機。它是一個閉環(huán)的運動系統(tǒng),包含了控制器、驅(qū)動器、電儀和反饋裝置,通常一個還配有一個光學或磁編碼器。
伺服系統(tǒng)能在采用永磁(permanent magnets ,PM)技術(shù)后同步機械,配以有刷或無刷PM電機,或在一個AC感應(yīng)電機上建立異步機械系統(tǒng)。
永磁同步電機 有較高的峰值,以及持續(xù)的扭矩,適用于位移系統(tǒng)的高加速度和快速減速中的驅(qū)動伺服系統(tǒng)。扭矩與輸入電流直接呈比例關(guān)系。電機軸速與輸入的電壓相關(guān)。輸入電壓越高,電機的速度就越高。扭矩和速度的比的曲線呈線性的。
永磁結(jié)構(gòu)與電機氣隙相關(guān)。如,無刷PM電機的結(jié)構(gòu),包含兩個交互的磁結(jié)構(gòu),移動的轉(zhuǎn)子(連接著永磁)和定子線圈產(chǎn)生電磁反應(yīng),從而出現(xiàn)電機的轉(zhuǎn)矩和速度。
三相定子場能順序產(chǎn)生能量,且PM轉(zhuǎn)子跟隨轉(zhuǎn)子場一起完成同步運動。一個特定的電子補償系統(tǒng),用于檢查轉(zhuǎn)子位置,并為定子線圈加能量。無刷PM電機,在所有其他的電機中成為位移系統(tǒng)的,除了汽車應(yīng)用以及超大電機系統(tǒng)中。無刷PM電機是僅有的伺服電機系統(tǒng),能用于閉環(huán)扭矩、速度或位移系統(tǒng)。
不同的轉(zhuǎn)子
AC感應(yīng)電機擁有PM無刷電機同樣的物理特性
的定子,但它的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)*不同。鼠籠結(jié)構(gòu)的感應(yīng)電機包含一系列的感應(yīng)鋁或銅條,放置在轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中,連接在末端線圈。
這些短轉(zhuǎn)子條與定子的旋轉(zhuǎn)磁場互有電磁耦合感應(yīng),產(chǎn)生一個新的轉(zhuǎn)子場,并與定子場相互反應(yīng),形成轉(zhuǎn)子運動。
在同步的定子和較慢的定子場,與實際的速度之間有差異。這個速度的差異就是所謂的滑差。輸入的頻率決定了電機的速度。
例如,一個60 Hz、兩極的AC感應(yīng)電機,無負載時的速度近3,600 rpm,一個四極AC電機運行速度低于1,800 rpm,根據(jù)滑差值的不用而有所不同。當電機開始轉(zhuǎn)矩時,滑差增加,速度降低。
AC感應(yīng)電機會輸出更多的轉(zhuǎn)矩,隨著速度的降低,直至負載達到故障點,此時電機速度會遽降至零。一個固有的AC電機性能特點是,起始的轉(zhuǎn)矩較小,必須在電機起始時卸去負載。
隨著20世紀80年底變頻器電子驅(qū)動的出現(xiàn),電機*的轉(zhuǎn)矩-速度性能曲線,也發(fā)生了很大的改變。變頻器的性能是,同時改變電壓和頻率,使用可調(diào)節(jié)或可變化的速度驅(qū)動,就能重新構(gòu)建了轉(zhuǎn)矩-速度曲線,AC感應(yīng)電機是速度系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)。
如何使用
驅(qū)動技術(shù)在性能上的持續(xù)提高,將無刷PM和AC感應(yīng)電機,也帶入了驅(qū)動市場的競爭,但是無刷PM電機仍然在控制領(lǐng)域中占主導地位。AC感應(yīng)電機不適應(yīng)在低速和高速中使用。
在伺服位移系統(tǒng)中使用一個無刷PM電機,通常采用50 kW (67 hp)或更高的功率的系統(tǒng)。AC感應(yīng)電機通常在恒速或變速系統(tǒng)中。混合的方案系統(tǒng)比較少見。其他電機也能部分實現(xiàn),但是在性能上超過AC感應(yīng)電機或無刷PM電機的方案較少。
無刷PM電機在速度控制中,對1 kW (1.37 hp)的DC有刷電機的速度控制或更小功率的應(yīng)用市場中造成了一定的沖擊。而AC感應(yīng)電機則掌控了大部分的大于1MW的應(yīng)用。
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