伺服电机应用（工程师培训）PPT

培训资料名称：伺服电机应用（工程师培训）所属班组：xx汇报人：xx交流(AC)伺服电机应用目前实用的两类交流伺服电机：●同步型（SM）●感应型（IM）

现代材料、制造、电子技术的提高促进了伺服电机产业的迅速发展，系列产品已在工业控制领域普及应用。

相对直流伺服电机，交流伺服电机具有输出功率大、抗干扰能力强、可控性好、运行稳定等优势，大量用于加工机床进给及主轴驱动。（1）交流伺服电机构造及原理三大主要部分：●转子——永磁铁（SM）或转子线圈（IM）●定子——U/V/W三相线圈●旋转编码器（或旋转变压器）驱动器发送三相交流电，依次输入电机定子绕组，形成旋转电磁场，转子在此旋转磁场的作用下转动。特征：电信号输入精确控制转子转角及角速度驱动器与旋转编码器：驱动器：执行电机配套的专门电子控制系统。

电机自带的编码器采集运行状态的反馈信号，驱动器比较反馈与目标值差额进行角度修正。伺服电机精度：编码器精度（线数）。相关基础知识：●主磁通：经过转子的定子磁力线，能在旋转的电枢绕组中感应电动势和电磁场。●漏磁通：定子发出的不经过转子的闭合磁力线，这部分磁通量不做有效功。●气隙：定子与转子之间的间隙。●气隙磁场：电机运行时转子、定子之间所有磁场的总和，其中径向分量产生扭矩，为有效量；切向分量不产生扭矩，为无效量。异步交流伺服电机（感应型）控制：定子上装有两个位置互差90°的绕组。●励磁绕组Rf：始终接交流电压Uf●控制绕组L：联接控制信号电压Uc

Uc无信号电压输入时，励磁绕组产生的磁场对称，相互抵消并对电机轴有自锁效应；信号输入后产生磁场叠加，形成驱动力矩。励磁绕组Rf控制绕组L转子（2）同步型（SM）电机性能及应用

交流同步伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器及控制方式与直流无刷电机类似。

控制器发出U/V/W三相交流电，依次接通定子绕组形成旋转磁场，转子在磁场作用下转动。同步型转子结构：永磁体

电机自带编码器，实时反馈信号；执行精度决定于编码器精度（线数）。此类控制相对感应型（IM）简单、容易。1）交流永磁同步伺服电机（SM）性能控制响应性能最优，主要自动化系统执行器控制，市面上伺服电机多为永磁同步电机。●控制速度非常快（3-5ms→启动到额定转速）●启动扭矩大，可驱动大惯量负荷●功率密度大，利于小型、轻型●结构简单、功率因素高●运行平稳，且支持长时间低速转动●主要以脉冲量输入2）与其他电机比较●直流电机类：消除了换向器和电刷等缺点●异步电机类：不需要无功励磁电流，效率高，功率因数高，力矩/惯量比大●普通同步电机：省除励磁装置，简化了结构，可达到传统电励磁电机所无法比拟的高性能●开关磁阻电机（SR）：无低速转矩脉动大问题，可实现了低速稳定运行●无刷直流永磁同步电机（BLDCM）：高精度伺服驱动中更有优势3）应用领域目前达到的极限指标

●单台容量已超过1000KW

●最高转速30万r/min；最低转速0.01r/min

●最小电机的外径：ϕ0.8mm，长1.2mm供纸电机3D打印设备大型打印设备工业机械臂组合转床应用领域：印刷机械包装机械五轴精密铣床（3）感应型（IM）特征及应用感应型伺服电机属鼠笼式，旋转磁场。自带编码器采集运行状态信号，编码器线数决定了执行电机控制精度。

由于气隙磁场难以直接检验，通常用转子位置和速度的等效（矢量）控制实现。常用的三种控制方式：

力矩控制：按设定电机输出扭矩

位置控制：按输入脉冲频率、频数

速度模式控制：外部输入模拟量或脉冲频数1）转矩控制模式（模拟量输出）外部模拟量的输入设定电机轴对外的输出转矩的大小，适用于严格控制输出扭矩场合。例如：当外部模拟量10V→输出扭矩5Nm应用中可设定5V→输出2.5Nm控制效果：电机轴负载低于2.5Nm时电机正转；外部负载等于2.5Nm时电机不转；外部负载大于2.5Nm时电机反转。

可以通过即时的改变模拟量的设定来改变设定的力矩大小。

2）位置控制模式（开关量输入）通过外部输入脉冲的频率来确定输出转动速度的大小，适用于需要控制输出转速场合。

利用脉冲的个数来确定转动的角度可以获得非常精确的定位。

位置模式对速度和位置都有很严格的控制，此类控制应用于设备的定位装置效果最好。应用领域：

数控机床进给控制、印刷机械多色板位置控制、包装机送膜补偿、打印机头定位等。2）速度控制模式（模拟量或开关量）通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制，适用需控制输出转速场合。

一般情况速度控制和转矩控制都用模拟量控制；位置控制通过开关量（脉冲）控制。

具体采用什么控制方式要根据客户的要求和满足何种运动功能来选择。相关问题：力矩控制模式系统运算量最小；位置控制模式运算量最大。采用位置控制模式时，其驱动器对信号的响应速度较慢。

5.各类伺服电机选用基本原则：选用执行电机最有效的方法即对能实现同功能元件进行技术、经济综合比较。

交流伺服电机在结构及控制方式都相对复杂，拥有优异性能的同时也有较高的成本。大功率输出精密丝杠组件（1）控制精度需求电机本身及驱动系统具有较大的品质开发空间，精度、稳定性优于同等级其他执行电机。实施闭环控制：各类位置、速度、力矩控制方式灵活、多样：磁极、电枢、混合例如：塑料注塑机床、精密数控机床●注塑机：螺旋下料器驱动环境要求：高温、大阻力、出料量控制0.1克等●数控冲床：板料在平面上的精确位移环境要求：厚度可达4mm，位置尺寸精度达到IT6（2）高速度优势

高速旋转条件下保持稳定定位及输出扭矩的性能好。（普通高速电机功率偏小）常规额定转速：2000～3000r/min应用领域：各种自动化轻工机械，如：印刷机械、纺织机械、包装机械等。（中等功耗）块状方便面包装——240件/min糖果包装——3000粒/min（3）低速条件稳定性●低速稳定

低速运行效率高、运动平稳。超低速运行时保持扭矩稳定，不会产生类似于步进电机的失步、爬行现象等。●过载适应性、高速响应性

能在一定时间内承受三倍于额定转矩的负载，对有短期负载波动。

频率响应时间在50ms以内，特别适用要求快速起动的场合。（永磁同步伺服启动时间5ms）（4）环保特性如永磁同步交流伺服电机长时间工作发热和运行