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交流伺服电机技术行业应用现状分析

导读: 目前,新型的永磁交流伺服电机发展迅速,尤其是从方波控制发展到正弦波控制后,系统性能更好,它调速范围宽,尤其是低速性能优越。

  自动控制系统不仅在理论上飞速发展,在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3~5年就有更新换代的产品面市。

  传统的交流伺服电机特性软,并且其输出特性不是伺服电机单值的;步进电机一般为开环控制而无法准确定位,电动机本身还有速度谐振区,pwm调速系统对位置跟踪性能较差,变频调速较简单但精度有时不够,直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中,但其也有缺点,例如结构复杂,在超低速时死区矛盾突出,并且换向刷会带来噪声和维护保养问题。

  目前,新型的永磁交流伺服电机发展迅速,尤其是从方波控制发展到正弦波控制后,系统性能更好,它调速范围宽,尤其是低速性能优越。

  交直流伺服电机系统

  下面从功率驱动、性能、保护电路等方面,叙述其和直流伺服电机系统的不同特点。

  功率驱动

  对于在雷达上经常使用的直流伺服系统的驱动电动机功率放大部分,当天线重量轻,转速慢,驱动功率较小时,一般为几十瓦,可以直接用直流电源控制电动机。当驱动功率要求在近千瓦或千瓦以上时,选择驱动方案,也即放大直流电动机的电枢电流,就是设计伺服系统的重要部分。大功率直流电源目前采用较多的有:晶体管功放、晶闸管功放和电机放大机等等。对于千瓦级的晶体管功放使用的较少。可控硅技术在上世纪60~70年代初得到快速的发展和广泛的应用,但因当时的各方面原因,如可靠性等,不少产品放弃了可控硅控制。目前的集成驱动模块一般都为晶体管或晶闸管制造。电机放大机是传统的直流伺服电机的功放装置,因其控制简单,结实耐用,目前的新型号的雷达产品上仍有采用。下面主要以放大电机为例,和交流伺服电机比较其优缺点。

  放大电机常称为扩大机,一般是用交流异步感应电动机拖动串联的两级直流发电机组,以此来实现直流控制。两组控制绕组,每组的输入阻抗为几千欧,若串接使用输入阻抗约10千欧,伺服电机一般为互补平衡对称输入,当系统输入不为零时打破其平衡,使放大电机有输出信号。当输入电流为十几到几十毫安时其输出可达100v以上的直流电压和几安到几十安的电流,直接接到直流伺服电机的电枢绕组上。其主要缺点是体积重量大,非线性度,尤其在零点附近不是很好,这对于要求高的系统需要仔细处理。

  而交流伺服电机都配有专门的驱动器,它在体积和重量上远小于同功率的放大电机,它靠内部的晶体管或晶闸管组成的开关电路,根据伺服电机内的光电编码器或霍尔器件判断转子当时的位置,决定驱动电机的a、b、c三相应输出的状态,因此它的效率和平稳性都很好。所以不像控制放大电机需要做专门的功放电路。这种电机一般都为永磁式的,驱动器产生的a、b、c三相变化的电流控制电机转动,因此称为交流伺服电机;驱动器输入的控制信号可以是脉冲串,也可以是直流电压信号(一般为±10v),所以也有将其称为直流无刷电动机。

  两种电机的简单试验比较

  对两种电机作过简单的试验比较:只要将系统原先的直流误差信号直接接入交流伺服驱动器的模拟控制输入端,用交流伺服电机和它的驱动器代替原先的差分功放、电机放大机和直流伺服电机,而控制部分和测角元件等均不变,简单比较两种方案的输出特性。

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