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內容簡(jiǎn)介：交流伺服系統在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機來(lái)做執行電動(dòng)機。所以，在控制系統的設計過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。

　　伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉子在此磁場(chǎng)的作用下轉動(dòng)，同時(shí)電機自帶的編碼器反饋信號給驅動(dòng)器，驅動(dòng)器根據反饋值與目標值進(jìn)行比較，調整轉子轉動(dòng)的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線(xiàn)數）。
　　什么是伺服電機？有幾種類(lèi)型？工作特點(diǎn)是什么？
　　答：伺服電動(dòng)機又稱(chēng)執行電動(dòng)機，在自動(dòng)控制系統中，用作執行元件，把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機兩大類(lèi)，其主要特點(diǎn)是，當信號電壓為零時(shí)無(wú)自轉現象，轉速隨著(zhù)轉矩的增加而勻速下降，
　　請問(wèn)交流伺服電機和無(wú)刷直流伺服電機在功能上有什么區別？
　　答：交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡(jiǎn)單，便宜。
　　永磁交流伺服電動(dòng)機
　　20世紀80年代以來(lái)，隨著(zhù)集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅動(dòng)技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國著(zhù)名電氣廠(chǎng)商相繼推出各自的交流伺服電動(dòng)機和伺服驅動(dòng)器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統已成為當代高性能伺服系統的主要發(fā)展方向，使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統是采用全數字控制的正弦波電動(dòng)機伺服驅動(dòng)。交流伺服驅動(dòng)裝置在傳動(dòng)領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動(dòng)機同直流伺服電動(dòng)機比較，主要優(yōu)點(diǎn)有：
　　⑴無(wú)電刷和換向器，因此工作可*，對維護和保養要求低。
　　⑵定子繞組散熱比較方便。
　　⑶慣量小，易于提高系統的快速性。
　　⑷適應于高速大力矩工作狀態(tài)。
　　⑸同功率下有較小的體積和重量。
　　自從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿易博覽會(huì )上正式推出MAC永磁交流伺服電動(dòng)機和驅動(dòng)系統，這標志著(zhù)此種新一代交流伺服技術(shù)已進(jìn)入實(shí)用化階段。到20世紀80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整個(gè)伺服裝置市場(chǎng)都轉向了交流系統。早期的模擬系統在諸如零漂、抗干擾、可*性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿(mǎn)足運動(dòng)控制的要求，近年來(lái)隨著(zhù)微處理器、新型數字信號處理器（DSP）的應用，出現了數字控制系統，控制部分可完全由軟件進(jìn)行，分別稱(chēng)為摪朧只瘮或摶旌鮮綌、撊只瘮的永磁交流伺服系統
　　日本安川電機制作所推出的小型交流伺服電動(dòng)機和驅動(dòng)器，其中D系列適用于數控機床（最高轉速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m），R系列適用于機器人（最高轉速為3000r/min，力矩為0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六個(gè)系列。20世紀90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅動(dòng)、8051單片機控制改為正弦波驅動(dòng)、80C、154CPU和門(mén)陣列芯片控制，力矩波動(dòng)由24％降低到7％，并提高了可*性。這樣，只用了幾年時(shí)間形成了八個(gè)系列（功率范圍為0.05～6kW）較完整的體系，滿(mǎn)足了工作機械、搬運機構、焊接機械人、裝配機器人、電子部件、加工機械、印刷機、高速卷繞機、繞線(xiàn)機等的不同需要。
　　以生產(chǎn)機床數控裝置而著(zhù)名的日本法奴克（Fanuc）公司，在20世紀80年代中期也推出了S系列（13個(gè)規格）和L系列（5個(gè)規格）的永磁交流伺服電動(dòng)機。L系列有較小的轉動(dòng)慣量和機械時(shí)間常數，適用于要求特別快速響應的位置伺服系統。
　　日本其他廠(chǎng)商，例如：三菱電動(dòng)機（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、東芝精機（SM系列）、大隈鐵工所（BL系列）、三洋電氣（BL系列）、立石電機（S系列）等眾多廠(chǎng)商也進(jìn)入了永磁交流伺服系統的競爭行列。
　　德國力士樂(lè )公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動(dòng)機共有7個(gè)機座號92個(gè)規格。
　　德國西門(mén)子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動(dòng)機分為標準型和短型兩大類(lèi)，共8個(gè)機座號98種規格。據稱(chēng)該系列交流伺服電動(dòng)機與相同輸出力矩的直流伺服電動(dòng)機IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶體管脈寬調制驅動(dòng)器6SC61系列，最多的可供6個(gè)軸的電動(dòng)機控制。
　　德國寶石（BOSCH）公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列（17個(gè)規格）和稀土永磁的SE系列（8個(gè)規格）交流伺服電動(dòng)機和Servodyn SM系列的驅動(dòng)控制器。
　　美國著(zhù)名的伺服裝置生產(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould 電子公司一個(gè)分部（Motion Control Division），生產(chǎn)M600系列的交流伺服電動(dòng)機和A600 系列的伺服驅動(dòng)器。后合并到AEG，恢復了Gettys名稱(chēng)，推出A700全數字化的交流伺服系統。
　　美國A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驅動(dòng)分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動(dòng)機和1391型交流PWM伺服控制器。電動(dòng)機包括3個(gè)機座號共30個(gè)規格。
　　I.D.（Industrial Drives）是美國著(zhù)名的科爾摩根（Kollmorgen）的工業(yè)驅動(dòng)分部，曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510 三個(gè)系列共41個(gè)規格的無(wú)刷伺服電動(dòng)機和BDS3型伺服驅動(dòng)器。自1989年起推出了全新系列設計的摻鶼盜袛（Goldline）永磁交流伺服電動(dòng)機，包括B（小慣量）、M（中慣量）和EB（防爆型）三大類(lèi)，有10、20、40、60、80五種機座號，每大類(lèi)有42個(gè)規格，全部采用釹鐵硼永磁材料，力矩范圍為0.84～111.2N.m，功率范圍為0.54～15.7kW.配套的驅動(dòng)器有BDS4（模擬型）、BDS5（數字型、含位置控制）和Smart Drive（數字型）三個(gè)系列，最大連續電流55A.Goldline系列代表了當代永磁交流伺服技術(shù)最新水平。
　　愛(ài)爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國外的一個(gè)分部，現合并到AEG，以生產(chǎn)直流伺服電動(dòng)機、直流力矩電動(dòng)機和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機座號共17種規格的SmCo永磁交流伺服電動(dòng)機和八種控制器。
　　法國Alsthom集團在巴黎的Parvex工廠(chǎng)生產(chǎn)LC系列（長(cháng)型）和GC系列（短型）
　　交流伺服電動(dòng)機共14個(gè)規格，并生產(chǎn)AXODYN系列驅動(dòng)器。
　　原蘇聯(lián)為數控機床和機器人伺服控制開(kāi)發(fā)了兩個(gè)系列的交流伺服電動(dòng)機。其中ДBy系列采用鐵氧體永磁，有兩個(gè)機座號，每個(gè)機座號有3種鐵心長(cháng)度，各有兩種繞組數據，共12個(gè)規格，連續力矩范圍為7～35N.m.2ДBy系列采用稀土永磁，6個(gè)機座號17個(gè)規格，力矩范圍為0.1～170N.m，配套的是3ДБ型控制器。
　　近年日本松下公司推出的全數字型MINAS系列交流伺服系統，其中永磁交流伺服電動(dòng)機有MSMA系列小慣量型，功率從0.03～5kW，共18種規格；中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三個(gè)系列，功率從0.75～4.5kW，共23種規格，MHMA系列大慣量電動(dòng)機的功率范圍從0.5～5kW，有7種規格。
　　韓國三星公司近年開(kāi)發(fā)的全數字永磁交流伺服電動(dòng)機及驅動(dòng)系統，其中FAGA交流伺服電動(dòng)機系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號，功率從15W～5kW.
　　現在常采用摴β時(shí)浠蕯（Powerrate）這一綜合指標作為伺服電動(dòng)機的品質(zhì)因數，衡量對比各種交直流伺服電動(dòng)機和步進(jìn)電動(dòng)機的動(dòng)態(tài)響應性能。功率變化率表示電動(dòng)機連續（額定）力矩和轉子轉動(dòng)慣量之比。
　　按功率變化率進(jìn)行計算分析可知，永磁交流伺服電動(dòng)機技術(shù)指標以美國I.D 的Goldline系列為最佳，德國Siemens的IFT5系列次之。
　　步進(jìn)電機和交流伺服電機性能比較
　　步進(jìn)電機是一種離散運動(dòng)的裝置，它和現代數字控制技術(shù)有著(zhù)本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內的數字控制系統中，步進(jìn)電機的應用十分廣泛。隨著(zhù)全數字式交流伺服系統的出現，交流伺服電機也越來(lái)越多地應用于數字控制系統中。為了適應數字控制的發(fā)展趨勢，運動(dòng)控制系統中大多采用步進(jìn)電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動(dòng)機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場(chǎng)合上存在著(zhù)較大的差異。現就二者的使用性能作一比較。
　　一、控制精度不同
　　兩相混合式步進(jìn)電機步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進(jìn)電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進(jìn)電機，其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機其步距角可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機的步距角。
　　交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線(xiàn)編碼器的電機而言，由于驅動(dòng)器內部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機的脈沖當量的1/655.
　　二、低頻特性不同
　　步進(jìn)電機在低速時(shí)易出現低頻振動(dòng)現象。振動(dòng)頻率與負載情況和驅動(dòng)器性能有關(guān)，一般認為振動(dòng)頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進(jìn)電機工作在低速時(shí)，一般應采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動(dòng)器上采用細分技術(shù)等。
　　交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時(shí)也不會(huì )出現振動(dòng)現象。交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點(diǎn)，便于系統調整。
　　三、矩頻特性不同
　　步進(jìn)電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時(shí)會(huì )急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM.交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以?xún)龋寄茌敵鲱~定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。
　　四、過(guò)載能力不同
　　步進(jìn)電機一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機具有較強的過(guò)載能力。以松下交流伺服系統為例，它具有速度過(guò)載和轉矩過(guò)載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機因為沒(méi)有這種過(guò)載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。
　　五、運行性能不同
　　步進(jìn)電機的控制為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負載過(guò)大易出現丟步或堵轉的現象，停止時(shí)轉速過(guò)高易出現過(guò)沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問(wèn)題。交流伺服驅動(dòng)系統為閉環(huán)控制，驅動(dòng)器可直接對電機編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì )出現步進(jìn)電機的丟步或過(guò)沖的現象，控制性能更為可*.
　　六、速度響應性能不同
　　步進(jìn)電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。
　　綜上所述，交流伺服系統在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機來(lái)做執行電動(dòng)機。所以，在控制系統的設計過(guò)程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。

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