浅析交流永磁同步伺服电机的应用

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1、浅析交流永磁同步伺服电机的应用摘要：随着社会的不断进步，机械设备的效率、精度等要求的被重视，导致设备自动化程度的日益提高。而伺服电机作为设备的执行机构而慢慢被采纳，使得其在自动化进程中起到了举足轻重的作用。以此同时，计算机，电力电子、控制理论、DSP芯片等技术的发展与应用为伺服电机的性能提升提供了便利的条件。而高性能永磁材料的出现，使得永磁同步电机（PMSM）具有转动惯量小、响应速度快、效率高、功率密度高、定位准确等优点，在现代设备要求紧凑、精确的场合发挥了交流永磁同步伺服电机的明显优势。在目前的市场推广

2、过程中，伺服电机主要是取代原有的步进系统，原有的直流伺服电机系统，还有原有的变频系统，这就说明了它具有了明显的性价比优势。而这些新旧系统之间到底存在那些区别呢，本文将一一为你解读。关键词：步进电机；伺服电机中图分类号：F407文献标识码：A一、步进电机与伺服电机的区别步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多

3、采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。就整个运动控制系统而言，步进系统是个开环系统（如图2-1），而伺服系统是个闭环系统，在现在的通用设备中，又分为半闭环系统（如图2-2）和全闭环系统（如图2-3），还有混合闭环位置伺服系统（如图2-4），通过简单示意图，相信对他们两种不同的运动控制系统就有了粗略的印象了。现就二者的使用性能作详细的比较。2-1开环位置的步进系统2-2半闭环位置伺服系统2-3全闭环位置伺服系

4、统2-4混合闭环位置伺服系统1、控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°;德国百格拉公司（BERGERLAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°.0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。交流伺服电机的控制精度由电机轴后

5、端的旋转编码器保证。对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10⑻0=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。2、低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转

6、非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点，便于系统调整。3、矩频特性不同步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300〜600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM）

7、以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。4、过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。2-5步进电机与伺服电机过载能力图5、运行性能不同步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢

8、步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。6、速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200〜400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3