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台灣富田電機-交流伺服電機的結構及控製原(yuán)理(lǐ)

發布:admin 時間:2024-08-24


與普通電機一樣,交流伺服電機也由(yóu)定子和轉子構成(chéng)。定子上有兩個繞組,即勵磁繞組和控(kòng)製繞組(zǔ),兩個繞組在(zài)空間相差90°電角度。伺(sì)服電機內(nèi)部的轉子是永磁鐵,驅(qū)動gS控製的u/V/W三相電形(xíng)成(chéng)電磁場 轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉動(dòng),同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器,驅動器根據反饋值與目標值進行比(bǐ)較調整轉子轉動的角度。伺服電機的精(jīng)度決(jué)定(dìng)於(yú)編碼器的精度(dù)(線(xiàn)數)。 

  

  交流(liú)伺服電機的(de)工作原理和單相感應電動機無本質上的差異。但是,交流伺服電機必須具備一個性能,就是(shì)能克服交流伺服電機的所謂“自轉(zhuǎn)”現象,即無控(kòng)製(zhì)信號時,它不應轉動,特別是當它已在轉(zhuǎn)動時,如果控製信號消失,它應能立即(jí)停止(zhǐ)轉動。而普通的感應電(diàn)動機轉動起來以後,如控製信號消失,往往仍在繼續轉動。 

  

  當電機原來(lái)處於靜止狀態時,如控製繞組不加控製電壓,此時隻有勵磁繞組通電產生脈動磁場。可以把脈動磁(cí)場看成兩個圓形旋轉磁場。這兩個圓形(xíng)旋轉(zhuǎn)磁場以同樣的大小和轉速,向相反方向旋轉(zhuǎn),所建(jiàn)立的正、反轉旋轉磁場分別切割(gē)籠型繞組(或杯形壁)並感應出大小相同,相位(wèi)相反的電動勢和電流(或渦流),這些電流(liú)分別與各自的磁場作用產生的力矩也大小相(xiàng)等、方向相(xiàng)反,合成力矩為(wéi)零,伺服電機轉子轉不起來。一旦控製係統(tǒng)有偏差信號,控製繞組就要接受與之(zhī)相對應的控製電壓。在一般情況下,電(diàn)機內部產生的磁場是橢(tuǒ)圓形旋轉(zhuǎn)磁場。一個橢圓形旋轉磁場可以看成是(shì)由兩(liǎng)個圓形旋轉磁(cí)場合成起來的(de)。這兩個圓(yuán)形旋轉磁場幅值不等(與原橢圓旋轉磁場轉向相同的正轉磁場大(dà),與原轉向相反的反轉磁場小),但(dàn)以相同的速度,向相反的(de)方(fāng)向旋轉。它們切割轉子繞組感應的電勢和電流(liú)以及產生的電磁力矩也方向相反、大小不等(正轉者大,反轉者小)合成力矩不為零,所以伺服電機就朝(cháo)著正轉磁場的方向轉動(dòng)起來(lái),隨著信號的增強,磁場(chǎng)接近圓形,此(cǐ)時正轉磁場及(jí)其力矩增(zēng)大,反(fǎn)轉磁場及(jí)其力矩(jǔ)減小,合成力(lì)矩變大(dà),如負(fù)載力矩不變,轉子的速度就增加。如果改(gǎi)變控製電壓的相位,即移相180o,旋轉磁場的轉向相反,因(yīn)而產生的合成力矩方向也相反,伺服電機將反轉。若控(kòng)製信號(hào)消失,隻有勵磁繞組通入電流,伺服電機產生的(de)磁場將是脈動磁場,轉子很快地停下來。 

  

  為使交(jiāo)流(liú)伺(sì)服電機具(jù)有控製(zhì)信號消失,立即停止轉(zhuǎn)動的功能(néng),把它的轉子電阻做得特別大(dà),使它的臨界轉差率Sk大於1。在電機(jī)運(yùn)行過程(chéng)中,如果控製信號降(jiàng)為“零”,勵磁電流仍然存在,氣隙中產生(shēng)一個脈(mò)動磁場,此脈動磁場可視為(wéi)正向旋轉磁場和反向旋轉磁場(chǎng)的合(hé)成(chéng)。一旦控製信號消失,氣(qì)隙磁場轉化為脈(mò)動磁場,它可視為正向(xiàng)旋轉磁場和反向旋轉磁場的合成,電機即按合成特性曲線運行。由於轉子(zǐ)的慣性,運行點由A點(diǎn)移到B點,此時電動機產生了一個(gè)與轉子原來轉動方向相反的製動力矩。在(zài)負載力矩和製動力(lì)矩的作用下使轉子(zǐ)迅速停止。 

  

  必須指出,普通的兩相和三相異步電(diàn)動機正常情況下都是在對稱狀態下工作,不對稱運行屬於故(gù)障狀(zhuàng)態。而交流伺服電機則可以(yǐ)靠不同程度的不對稱運行來達到控製目的。這是交流伺服電(diàn)機在運行上與普通異步電動(dòng)機的根本區別。 

  

  就伺服驅動器(qì)的響應(yīng)速度來看,轉矩模式運(yùn)算量最小,驅動器對控製信號的響應最快;位(wèi)置模式(shì)運算量最大,驅動器對控製(zhì)信(xìn)號的響應最慢。 

  

  對運動中(zhōng)的動態性能有(yǒu)比較高的要求時,需要實時對電機進行調整。那麽如果控製器本身的運算速度很慢(màn)(比如PLC,或低端運動控製器),就用位置方式控製。如果控(kòng)製器運算速(sù)度比較快,可以用速度方式(shì),把位置環從驅動器移到控製器上,減少驅動器的工作量,提高效率(比如大部(bù)分中高端運動控製器);如果有更好的上位控製器,還可(kě)以用轉矩方式控製,把速度環也從驅動器上移開,這一般(bān)隻是高端專(zhuān)用控製器才能這(zhè)麽幹,而且,這時完(wán)全不(bú)需要使用伺服電機。 

  

  換一種說法(fǎ)是: 

  

  1、轉矩控製:轉矩控製方式是通(tōng)過(guò)外部模擬量的輸入或直接的地址的賦值來設(shè)定電機軸對外的輸出(chū)轉矩的大(dà)小,具體表現(xiàn)為例如10V對應5Nm的話,當外部模擬(nǐ)量設定為5V時(shí)電(diàn)機軸輸出為2.5Nm:如果電機(jī)軸負載低於2.5Nm時電機正轉,外(wài)部(bù)負(fù)載等於2.5Nm時電機不轉(zhuǎn),大(dà)於2.5Nm時電機反轉(通常在(zài)有重(chóng)力負載情況下產生)。可(kě)以通過即時的改變模擬(nǐ)量的設定來改(gǎi)變設定的力矩大小(xiǎo),也可(kě)通過通訊方(fāng)式(shì)改變對應的地址的數值來實現。應用主要在對材質的受力有嚴格要求的纏繞和放卷的裝置中(zhōng),例如饒線裝置或拉光(guāng)纖設備,轉矩的設定要根據纏繞(rào)的半徑的變化隨時更(gèng)改以確保材質(zhì)的受力不會隨著纏繞半徑的變化而改變。 

  

  2、位置控(kòng)製:位置控製模式一般是通過(guò)外部(bù)輸入的脈衝的頻率來確定轉動速度的(de)大小,通過脈(mò)衝的個數來確定轉動的角度,也有些伺服可以通過通訊方式直接對速度和位移進行賦值。由於位置模(mó)式可以對速度和位置都有很嚴格的控製,所以(yǐ)一般(bān)應用於定位(wèi)裝置。應用領域如數控機床、印(yìn)刷機(jī)械(xiè)等等。 

  

  3、速(sù)度模式:通過(guò)模擬量的輸入或脈衝的頻率都可以進行轉動速度的控(kòng)製,在有上位控製裝置的外環PID控製時速度(dù)模式也可以進行定位,但必須(xū)把電機(jī)的位置(zhì)信號或直接負載的位置信號給上位反饋以(yǐ)做運算用。位置(zhì)模式也(yě)支持直接負載外環檢測位置信號,此時的電機軸端的編碼器隻檢測電機轉速,位置信(xìn)號就(jiù)由直接的最終負載端的檢測裝置來提供了,這樣的優點在於可以減少(shǎo)中間(jiān)傳動過程中(zhōng)的誤差,增(zēng)加了整個係統的定位精(jīng)度。


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