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總結伺服電機的控制功能和系統(tǒng)優(yōu)勢

發(fā)布時間:2023-06-28 17:49:51人氣:

 伺服電機用于生產機器、工業(yè)機器人和工具機。所有這些應用的特點是運動是高度動態(tài)執(zhí)行的。以便快速制造工件或產品。伺服電機的使用也是因為其控制精度高,因為位置和速度的精度直接影響到工件的質量。


 一、伺服電機驅動系統(tǒng)


 伺服電機始終是電氣伺服驅動系統(tǒng)的一部分,該系統(tǒng)由伺服電機、逆變器和位置傳感器組成。逆變器通常也稱為電力電子、伺服控制器或簡稱為控制器。為了非常準確地控制位置和速度,位置傳感器具有很高的精度。相比之下,用于風扇或水泵的電動機只有霍爾傳感器,甚至可以在沒有傳感器的情況下運行。通常,驅動系統(tǒng)還包括齒輪箱,以增加扭矩或將旋轉運動轉換為平移運動。

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 二、伺服電機的優(yōu)勢


 伺服電機是交流電機,所以可以是感應電機也可以是同步電機,當然也包括BLDC電機。通常使用帶有永磁體的同步電動機。因為與感應電動機相比,它們可以在較低的速度范圍內產生更高的扭矩,具有相同的尺寸和較低的相電流。例如,由于扭矩更高,機器人可以更快地將包裹從A移動到B。也經常有人談論直流伺服電機,但這些通常也只是無刷直流伺服電機,所以基本上是BLDC電機。還有用于遙控汽車、船只和飛機的RC伺服系統(tǒng),但這些通常只包含一個簡單的直流電機。


 三、伺服電機設計


 伺服電機與水泵用電機或電動汽車用電機有什么區(qū)別?


 為了控制速度和位置,需要高扭矩精度,這最好通過轉子上的外部磁鐵來實現(xiàn)。帶外部磁鐵的電動機也稱為SPMSM。磁鐵也經常彼此略微傾斜,以使扭矩曲線更平滑,從而提高平滑的速度控制。為了實現(xiàn)良好的轉矩控制,轉子中使用了許多磁極,這使反電動勢在每轉時產生更多的正弦振蕩,從而減少了轉矩波動。更多的磁極具有增加電機扭矩密度的額外優(yōu)勢,從而改善其動態(tài)響應。


 由于伺服電機以交流模式運行,因此它們僅在極少數(shù)情況下具有風扇或水冷。額外的冷卻會增加功率密度,但不會增加扭矩密度,這對伺服電機來說更為重要。相反,伺服電機只有散熱片。后部是位置傳感器,可以是光學的、磁性的或電感式的。


 由于傳感器安裝在伺服電機的背面,伺服電機通??雌饋碛袃蓚€連接器,但第二個連接器通常只是傳感器的插頭插座。還有伺服驅動器,其中逆變器直接安裝在電機外殼頂部或傳感器后面。然而,這種伺服驅動器通常用于較低功率。后部是位置傳感器,可以是光學的、磁性的或電感式的。


 四、伺服電機控制


 因此,伺服電機與水泵電機并沒有太大區(qū)別。由于磁極較多,不僅需要分辨率高的傳感器,還需要對傳感器信號處理速度極快、控制良好的伺服控制器。伺服電機的控制由級聯(lián)控制器完成。在外部級聯(lián)中,位置受到控制,設定位置可以通過總線系統(tǒng)或通過變頻器或伺服控制器的模擬輸入來自PLC控制。在中間級聯(lián)中,速度受到控制,必須比控制位置快。伺服電機的實際速度是根據(jù)位置信號的一階導數(shù)計算得出的。電流在底部級聯(lián)中控制。通常為此使用FOC,這使得使用簡單的PID控制器控制交流電成為可能。

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