交流伺服被众多应用在机器人领域,这在近年来形成越来越普遍的趋势。国产工业机器人厂家仍然在采用标准的进**流伺服系统,国产伺服系统想进入工业机器人配套领域,就更加遥远。不过,我们也看到在一些特殊机器人领域,比如反恐防爆机器人、矿井救灾机器人等轻便移动机器人,采用了国产基于低压直流供电的微型无刷伺服系统,比如和利时电机的蜂鸟系列就获得了成功。当然,在更众多的机器人领域,需要的不仅*是交流伺服电机,还包括各种其他微特电机,如直流伺服电机、直线电机、测速发电机、旋转变压器、力矩电机等。异步电机包括感应电机、双馈异步电机和交流换向器电机。特制交流伺服结构
交流伺服电机的性能指标是评判这台电机的关键因素,因此在我们可以从调速范围、定位精度、稳速精度、动态响应和运行稳定性等几个方面来衡量交流伺服的性能优劣。我们可以以进口三菱伺服电机MR-J3系列为例,MR-J3系列的响应频率高达900Hz,而国内主流产品的频率在200~500Hz。运行稳定性方面,主要是指系统在电压波动、负载波动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他特殊运行条件下,维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。这方面国产产品、包括部分中国台湾产品和世界先进水平相比差距较大。特制交流伺服结构在机器人领域,无刷永磁伺服系统得到大量应用,每台工业机器人需要的电机数量在10台以上。
交流伺服在数控技术中也得到了充分利用。在数控机床中使用永磁无刷伺服电机代替步进电机做进给已经成为标准,部分**产品开始采用永磁交流直线伺服系统。在主轴传动中采用高速永磁交流伺服取代异步变频驱动来提高效率和速度也成为热点。90年代以来,欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床,高速电主轴单元转数在30000rpm~100000rpm,工作台的进给速度在分辨率为1μm时达到100m/min,甚至200m/min以上,在分辨率为0.1μs时,在24m/min以上。当今数控机床突出高速、高精、高动态、高刚性的特点。
交流伺服系统越来越成熟,市场呈现快速多元化发展,国内外众多品牌进入市场竞争。交流伺服技术已成为工业自动化的支撑性技术之一。在交流伺服系统中,电动机的类型有永磁同步交流伺服电机(PMSM)和感应异步交流伺服电机(IM),其中,永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制,调速范围宽广、动态特性和效率都很高,已经成为伺服系统的主流之选。而异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉,但是在特性上和效率上存在差距,只在大功率场合得到重视。交流伺服系统分类编辑交流伺服电动机可依据电动机运行原理的不同,分为永磁同步电动机、永磁无刷直流电动机、感应(或称异步)电动机和磁阻同步电动机。这些电动机具有相同的三相绕组的定子结构。感应式交流伺服电动机,其转子电流由滑差电势产生,并与磁场相互作用产生转矩,其主要优点是无刷,结构坚固,造价低,免维护,对环境要求低,其主磁通用激磁电流产生,很容易实现弱磁控制,高转速可以达到4~5倍的额定转速;缺点是需要激磁电流,内功率因数低,效率较低,转子散热困难,要求较大的伺服驱动器容量,电动机的电磁关系复杂,要实现电动机的磁通与转矩的控制比较困难。运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。
Icla)主要有以下三个电机版本:步进电机、交流伺服电机与三相无刷直流电机。Icla(来源于“集成、闭环、执行器”的首字母缩写)将电机、位置控制、功率电子与反馈集成在一个紧凑单元中。这种一体化设计的思路在美国的Animatics等公司身上也体现得很明显,来自德国的AMK公司也有类似的产品。这是真正的机电一体化产品,为设计者带来了一系列的工程挑战,包括电磁兼容、热控制、元器件小型化、特殊的结构设计等。在国内,没有见到有厂商推出自主知识产权的产品。包米勒(Baumuller)公司提供的带集成行星齿轮传动系的高性能伺服电机,拥有高达98%的效率和很低的噪音;直接驱动型高力矩伺服电机,可以在100~300rpm范围内输出13500Nm。在国内,我们看到和利时电机公司在其海豚系列低压无刷伺服电机系列中提供了类似的带集成行星齿轮减速器的产品,深圳步进也宣称可以提供带减速器的步进化伺服电机。在直接驱动力矩电机市场,成都精密电机厂可以提供定制化的电机组件,但是需要客户另外加装反馈装置和第三方驱动器。安川电机欧洲公司(YaskawaElectricEurope,YEE)展出了其广受欢迎的通用SigmaⅡ型伺服电机。交流伺服中的永磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制。特制交流伺服结构
感应式交流电机其主磁通用激磁电流产生,很容易实现弱磁控制,高转速可以达到4~5倍的额定转速。特制交流伺服结构
电动机非线性参数的变化影响控制精度,必须进行参数在线辨识才能达到较好的控制效果。永磁同步交流伺服电动机,气隙磁场由稀土永磁体产生,转矩控制由调节电枢的电流实现,转矩的控制较感应电动机简单,并且能达到较高的控制精度;转子无铜、铁损耗,效率高,内功率因数高,也具有无刷免维护的特点,体积和惯量小,快速性好;在控制上需要轴位置传感器,以便识别气隙磁场的位置;价格较感应电动机贵。无刷直流伺服电动机,其结构与永磁同步伺服电动机相同,借助较简单的位置传感器(如霍耳磁敏开关)的信号,控制电枢绕组的换向,控制**为简单;由于每个绕组的换向都需要一套功率开关电路,电枢绕组的数目通常只采用三相,相当于只有三个换向片的直流电动机,因此运行时电动机的脉动转矩大,造成速度的脉动,需要采用速度闭环才能运行于较低转速,该电动机的气隙磁通为方波分布,可降低电动机制造成本。有时,将无刷直流伺服系统与同步交流伺服混为一谈,外表上很难区分,实际上两者的控制性能是有较大差别的。磁阻同步交流伺服电动机,转子磁路具有不对称的磁阻特性,无永磁体或绕组,也不产生损耗;其气隙磁场由定子电流的激磁分量产生,定子电流的转矩分量则产生电磁转矩。特制交流伺服结构