交流伺服电机的驱动技术也很快从模拟式过渡到全数字式,永磁交流伺服电动机

来源:未知作者:企业资讯 日期:2020/03/01 00:26 浏览:

摘要:据了解,近年来,全数字式交流永磁伺服系统的性能价格比逐步提高,交流伺服电机作为控制电机类高档精密部件,其市场需求将稳步增长,近5年内其应用前景将越来越好。 交流永磁伺服电机或将逐渐成为伺服电机主角    交流永磁伺服电机逐渐成为主角    1990年以前,由于技术成本等原因,国内伺服电机以直流永磁有刷电机和步进电机为主,而且主要集中在机床和国防军工行业。1990年以后,进口永磁交流伺服电机系统逐步进入中国,此期间得益于稀土永磁材料的发展、电力电子及微电子技术日新月异的进步,交流伺服电机的驱动技术也很快从模拟式过渡到全数字式。由于交流伺服电机的驱动装置采用了先进全数字式驱动控制技术,硬件结构简单,参数调整方便,产品生产的一致性可靠性增加,同时可集成复杂的电机控制算法和智能化控制功能,如增益自动调整、网络通讯功能等,大大拓展了交流伺服电机的适用领域;另外随着各行业,如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等,对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求不断提高,这些领域对交流伺服电机的需求将迅猛增长,交流伺服将逐步替代原有直流有刷伺服电机和步进电机。    2002年从北京和利时电机技术公司的客户查询统计可知,有近51%的原用直流伺服和步进电机的客户准备更换永磁交流伺服系统,功率在3kW以内,其中有85%为1000W以下的伺服电机。    专用型伺服电机的市场需求不可忽视    针对客户具体单一应用,由于其特殊的技术和成本指标,通用伺服产品(包括进口产品)很难达到要求,这就需要量身定制,在原有伺服电机驱动器中嵌入用户特定的运动控制功能,可大大降低产品成本。这些典型行业客户需求具备一定批量,同时要求有较高的可靠性。北京和利时电机技术有限公司的数字伺服产品在纺织设备、印刷设备、电梯设备、机器人等行业已有成熟的应用。    智能型伺服电机将得到广泛应用    在通用伺服驱动器的基础上,附加一些PL C和运动控制功能,加上本身具备的网络通信功能,形成一个独立的单轴运动控制器,独立完成一定的运动控制功能,如:点到点定位等,可广泛用于自动化生产线等应用领域。 (来自:吴江新闻网)

近年来,中国从制造业大国正向制造业强国发展,由于国家对制造装备及其技术改造工作的重视,随着全数字式交流永磁伺服系统的性能价格比逐步提高,交流伺服电机作为控制电机类高档精密部件,其市场需求将稳步增长,近5年内其应用前景将十分看好。交流永磁伺服电机逐渐成为主角1990年以前,由于技术成本等原因,国内伺 服电机以直流永磁有刷电机和步进电机为主,而且主要集中在机床和国防军工行业。1990年以后,进口永磁交流伺服电机系统逐步进入中国,此期间得益于稀土永磁材料的发展、电力电子及微电子技术日新月异的进步,交流伺服电机的驱动技术也很快从模拟式过渡到全数字式。由于交流伺服电机的驱动装置采用了先进全数字式驱动控制技术,硬件结构简单,参数调整方便,产品生产的一致性可靠性增加,同时可集成复杂的电机控制算法和智能化控制功能,如增益自动调整、网络通讯功能等,大大拓展了交流伺服电机的适用领域;另外随着各行业,如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等,对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求不断提高,这些领域对交流伺服电机的需求将迅猛增长,交流伺服将逐步替代原有直流有刷伺服电机和步进电机。2002年从北京和利时电机技术公司的客户查询统计可知,有近51%的原用直流伺服和步进电机的客户准备更换永磁交流伺服系统,功率在3kW以内,其中有85%为1000W以下的伺服电机。专用型伺服电机的市场需求不可忽视针对客户具体单一应用,由于其特殊的技术和成本指标,通用伺服产品很难达到要求,这就需要量身定制,在原有伺服电机驱动器中嵌入用户特定的运动控制功能,可大大降低产品成本。这些典型行业客户需求具备一定批量,同时要求有较高的可靠性。北京和利时电机技术有限公司的数字伺服产品在纺织设备、印刷设备、电梯设备、机器人等行业已有成熟的应用。智能型伺服电机将得到广泛应用在通用伺服驱动器的基础上,附加一些PL C和运动控制功能,加上本身具备的网络通信功能,形成一个独立的单轴运动控制器,独立完成一定的运动控制功能,如:点到点定位等,可广泛用于自动化生产线等应用领域。中国制造商现状截至1999年底,国产交流伺服电机及其全数字式伺服驱动器基本自主开发成功,但产业化方面比较滞后,尚未形成商品化和批量生产能力,国内对精密交流伺服电机控制系统的需求还主要依赖进口,如日本三菱、松下、富士和德国西门子等。近几年,华中数控、广州数控、航天数控、兰州电机等的伺服驱动器及电机产品已相继进入产业化阶段,但还主要是集中在数控机床行业,功率规格在400W以上,没有针对整个自动化控制行业形成全系列规格标准产品。由于中国为制造业大国,除数控机床行业外,其他行业对各种规格伺服电机需求量逐年增长,为此,国外伺服电机生产厂商陆续计划或已经在国内设置独资工厂,利用本地资源和廉价劳动力,批量生产各种规格的通用型伺服电机产品。国内伺服电机的设计生产技术已趋于完善,目前主要是朝标准化,系列化,规模化方向发展,只有一定规模才能有高可靠性和价格低廉而富有竞争力的产品。但国内伺服电机的全数字驱动器技术还比较落后,主要局限于欠缺实用的电机数字控制算法和高可靠的功率模块,这样大大限制了国产伺服电机的推广。 读者调查反映■ 伺服电动机容量越大,自然地使用的数量亦越少,但有些令人惊异,应询者中有19% 正在使用30 kW 或甚至更大的伺服电动机,另有15% 表示在未来一年中亦将这样做。相对照的是50% 用户正在使用6~10 kW 伺服电动机,另41%计划明年亦将使用。 ■ 约一半应询者(48%)表示转速3,000 rpm 或较低已满足要求,另40% 需要3,000~6,000 rpm,而有9% 的应询者需要10,000 rpm。仅3% 用户表示要用超过10,000 rpm.的伺服电动机。 ■ 来年伺服电动机的采购量将与今年持平。59%的应询者说他们的采购量将与今年一样。有30% 可能增加使用量,预计平均增加25%。仅11% 的应询者说他们的采购量在未来一年中将减少,平均减少约50%。 在那些选型和购买伺服电动机者中,50% 是工厂自己需要,32% 是OEM (配套用户), 而18% 兼有OEM 和工厂本身需要。(end)

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伺服电机的资料 交流伺服电机的工作原理 伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度。

“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机:在控制信号发出之前,转子静止不动;当控制信号发出时,转子立即转动;当控制信号消失时,转子能即时停转。伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机,其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。机器人用伺服电机要求控制器与伺服之间的总线通讯速度快;伺服的精度高;另外对基础材料有加工要求。特别是像机器人末端执行器应采用体积、质量尽可能小的电机,尤其是要求快速响应时,伺服电动机必须具有较高的可靠性和稳定性,能经受得起苛刻的运行条件,可进行十分频繁的正反向和加减速运行,并能在短时间内承受过载。机器人伺服的特殊要求伺服电机分为交流伺服和直流伺服两大类交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机相似。在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf,接恒定交流电压,利用施加到Wc上的交流电压或相位的变化,达到控制电机运行的目的。交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格等特点。直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。电机转速n=E/K1j=/K1j,式中E为电枢反电动势,K为常数,j为每极磁通,Ua、Ia为电枢电压和电枢电流,Ra为电枢电阻,改变Ua或改变φ,均可控制直流伺服电动机的转速,但一般采用控制电枢电压的方法,在永磁式直流伺服电动机中,励磁绕组被永久磁铁所取代,磁通φ恒定。直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。伺服电机的重要性工业机器人的控制系统和自动化产品主要涉及伺服电机、减速机、控制器和传感器等。伺服电机是工业机器人的动力系统,一般安装在机器人的“关节”处,是机器人运动的“心脏”。目前,机器人的关节驱动离不开伺服系统,关节越多,机器人的柔性和精准度越高,所要使用的伺服电机的数量就越多。机器人对伺服系统的要求较高,必须满足快速响应、高起动转矩、动转矩惯量比大、调速范围宽,要适应机器人的形体做到体积小、重量轻、加减速运行等条件,且需要高可靠性和稳定性。目前,工业机器人使用的较多的是交流伺服系统。伺服电机的市场分布目前,在中国工业机器市场,主流的供应商包括,日本松下、安川、三菱,以及欧洲和美国的伦茨和博世力士乐。从市占率来看,目前国外伺服企业在我国的市场占有率达75%。其中,日本品牌占比为50%;欧美品牌占比达25%。而国产品牌只占据了20%左右的市场份额。当前我国中低端伺服系统已经能够实现大规模量产,但高端伺服系统尚未形成商品化和批量生产能力,国内对精密伺服电机控制系统的需求主要依赖进口。机器人产业发展风生水起,随着扶持政策对机器人产业的推进,以及国产伺服技术的不断提升,我国伺服系统进口替代的步伐将加快。国内外伺服电机知名品牌伦茨伦茨(LenzeAG)是德国前沿的工业创新型企业之一,在全球拥有约3200名员工。在德国大约有300名员工从事研发工作。主要侧重于用于机械和电子驱动的产品、解决方案、系统和服务。公司的总部位于德国哈梅林,于1947年由汉斯伦茨成立。伦茨的产品范围包括变频器、伺服驱动器、减速机、电机、制动器和离合器。此外,它还采用集成了软件、可视化和控制,以及系统工程、耦合技术和服务的自动化解决方案。Lenze集团于1997年在中国北京设立办事处,正式进入中国市场。Lenze致力于不断扩大其在中国的业务,并稳步建立中国市场。2007年,Lenze集团在中国上海设立了全资子公司,伦茨传动系统有限公司。博世力士乐博世力士乐是全球领先的传动与控制技术专家,致力于为各类机械和系统设备提供安全、精准、高效以及高性价比的传动与控制技术。公司融合全球的应用经验,研 发创新的产品,为行走机械、机械应用与工程、工厂自动化及可再生能源每一个细分市场的客户量身定制系统解决方案及服务。博世力士乐同时为客户提供各种液 压、电子传动与控制、气动、齿轮、线性传动及组装技术。公司业务遍及全球80多个国家,拥有37,500多名专业员工,2012年全球的销售额近65亿欧元。安川安川电机是世界一流的传动产品制造商。安川电机有限公司是有近100年历史的日本安川电机株式会社全额投资的外商独资企业,于1999年4月在上 海注册成立,注册资金3110万美金。经营范围:安川品牌的变频器、伺服电机、控制器、机器人、各类系统工程设备、附件等机电一体化产品。事业领域包括驱 动控制事业、运动控制事业、系统工程事业、机器人事业。安川电机是运动控制领域专业的生产厂商,是日本第一个做伺服电机的公司,其产品以稳定快速著称,性价比高,是全球销售量最大,使用行业最多的伺服品牌。从一般工业用机械到半导体、电子零部件制造设备,安川都能提供适合于各种用途的最匹配的伺服、控制器产品。松下松下1992年进入中国,2004年在珠海建厂开始生产伺服系统,近年伺服产品的出货量一直处于领先地位,在国内销售德伺服产品以小功率为主,产品以“低价优质”而且有很强的竞争力。西门子西门子是世界上最大的电气和电子公司之一,历经150年来常盛不衰,其营业收入在2003年列财富500强第21位,在电子电气类公司中更是名列榜首。西门子是一家大型国际公司,公司的业务主要集中于6大领域:信息和通讯、自动化和控制、电力、交通、医疗系统和照明。西门子工业业务领域能够提供全球独一无二的自动化技术、工业控制和驱动技术以及工业软件,能够满足生产企业的所有需求,涵盖整个价值链——从产品设计和开发,到产品生产、销售和服务。贝加莱贝加莱是一家自动化技术领域的全球性领导厂商,总部位于奥地利Eggelsberg,于1979年由Erwin Bernecker先生 和Josef Rainer先生共同创建。1996年8月,贝加莱在上海成立了服务于中国市场的分公司--贝加莱工业自动化有限公司。十年征程,贝加莱一直致力于为国内用户提供高品质的自动化产品和优秀的技术解决方案。如今,贝加莱的产品和方案已广泛应用于机械自动化领域,如包装、印刷、塑料、纺织、食品饮料、机床、半导体、制药等行业;以及过程自动化领域,如电力、冶金、市政、交通、石油、化工和水泥等行业。新时达上海新时达电气股份有限公司是专业研发生产销售工业控制、传动控制、运动控制和机器人产品并服务于全球的高新技术企业,创立于1995年。自创立以来,新时达始终致力于产业自动化控制产物的研发、制造和销售。基于自身在运动控制和驱动规模的研究成就,新时达确定了运动控制和产业机器人的业务成长偏向。机器人是产业自动化控制的最高端产物之一,是最具有代表性的 控制、驱动、执行一体化产物,新时达研发乐成基于以太网总线技术的高性能嵌入式运动控制器和伺服系统等为机器人产物的市场迅速推广提供了技术实现平台。华中数控武汉华中数控股份有限公司创立于1994年,具有自主知识产权的伺服驱动和主轴驱动装置性能指标达到国际先进水平,自主研制的5轴联动高档数控系统已有150多台在汽车、能源、航空等领域成功应用。公司研制的60多种专用数控系统,应用于纺织机械、木工机械、玻璃机械、注塑机械以及雷达、火炮等武器装备。公司红外热像仪产品已广泛应用于钢铁、能源、化工、医疗等行业。广州数控广州数控设备有限公司--中国南方数控产业基地,国内技术领先的专业成套机床数控系统供应商。主营业务有:数控系统、伺服驱动、伺服电机研发生产,数控机床连锁营销、机床数控化工程,工业机器人、精密数控注塑机研制,数控高技能人才培训。南京埃斯顿埃斯顿自动化公司成立于1993年,是国内高端智能机械装备及其核心控制和功能部件制造业领军企业之一。产品包括金属成型机床数控系统、电液伺服系统、交流伺服系统和工业机器人等,伺服系统收入占总收入的40%左右,售后服务方面具备一定的优势,同时产品功能比较丰富。

随着工业自动化的发展,越来越多的领域开始使用工业机器人代替人力。对于机器人制造商和机器人消费者而言,选择合适的伺服电机始终是一项艰难的任务。机器人的关节驱动离不开伺服系统,关节越多,机器人的柔性和精准度越高,所需要使用的伺服电机数量就越多。伺服电机影响着机器人的手臂控制,如位置、角度和线性运动,它的性能差异将直接影响机器人的能力水平。什么是伺服电机?

  1. 什么是伺服电机?有几种类型?工作特点是什么? 答:伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降, 请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别?

在谈及国产工业机器人时,一个常见的论调是“国产机器人三大核心部件——减速器、伺服电机、控制器——仍高度依赖进口产品,限制了本土机器人的发展”。什么是减速器,机器人网此前已做过相关梳理,本文将重点介绍伺服电机及其市场概况,希望能给各位读者带来收获。如内容出现错误,欢迎留言指出,帮助小编继续学习。

答:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。 永磁交流伺服电动机

电机主要用于驱动机器人的关节,它被视为机器人的执行单元,是影响机器人工作性能的主要因素。在当前市场上,机器人常用的电机有微振动电机、伺服电机、直线电机、步进电机和直流减速电机,由于需要被安装在各关节上控制关节运动,判断电机好坏的标准是是否有最大功率质量比和扭矩惯量比、是否有高启动转矩及是否有低惯量和较宽广且平滑的调速范围。其中,伺服电机因为有较高的可靠性和较大的短时过载能力,能够配合机器人末端执行器一起工作,因此在工业机器人上应用广泛。

20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有:

“百度百科”对伺服电机的定义是这样的:

⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低。

伺服电机是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。

⑵定子绕组散热比较方便。

伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降。

⑶惯量小,易于提高系统的快速性。

伺服电机是一种常见的自动化机械元件,适用于有动力源、有一定精度要求的加工场景,如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人及自动化生产线。因为最初是应军事机械的要求而生,它的突出优点是高精度和高可靠性。

⑷适应于高速大力矩工作状态。

伺服电机分类

⑸同功率下有较小的体积和重量。

无刷直流电动机因其控制简单、成本低廉、检测装置简单、系统实现相对容易,被广泛应用在各个领域。同步型交流伺服电动机中的三相永磁同步电动机运行平稳、具有低速伺服性能,因此是高性能高精度的数控机床、工业机器人使用的主要类型。

自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行,分别称为摪胧只瘮或抟旌鲜綌、撊只瘮的永磁交流伺服系统

如今一般伺服电机都追求高精度、高可靠性、高热容量、高刚度、轻量化和高响应性等性能。国际上主要伺服电机厂家的电机手册也一般会收录机械时间常数、电器时间常数、发热时间常数、转动惯量和过载运动能力等参数,这些都是伺服电机的主要参考指标。

日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器,其中D系列适用于数控机床,R系列适用于机器人。之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制,力矩波动由24%降低到7%,并提高了可靠性。这样,只用了几年时间形成了八个系列较完整的体系,满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。

工业机器人用伺服电机的技术难点

以生产机床数控装置而著名的日本法奴克公司,在20世纪80年代中

一般来说,工业机器人对伺服电机的性能要求主要有以下几个方面:

期也推出了S系列和L系列的永磁交流伺服电动机。L系列

电机转动的惯量要小,具有低的机械时间常数和电磁时间常数以及高的品质因数,即单位时间内可给出更大的瞬时功率。

有较小的转动惯量和机械时间常数,适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。

足够宽的调速范围,在零速度附近可控。低速运转平稳,力矩波动小。

日本其他厂商,例如:三菱电动机、东芝精机、大隈铁工所(BL系列)、三洋电气、立石电机等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。

高的功率/体积比和高的功率/重量比。因为这些伺服控制电机通常装在机器人运动的关节上,为机器人的负载,所以要求重量轻、体积小。

德国力士乐公司的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。

伺服状态特性好。为机器人能稳定地进行操作,在伺服定位、电机堵转时仍能输出最大的力矩。

德国西门子公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比,重量只有后者的1/2,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最多的可供6个轴的电动机控制。

外形扁薄小巧美观。它是机器人外观的决定性因素之一,不仅要适应与机器人给定的小尺寸,而且伺服电机的外形越复杂,机器人外观结构设计越困难,同时外形的复杂也使粉尘易于堆积。

德国宝石公司生产铁氧体永磁的SD系列和稀土永磁的SE系列交流伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动控制器。

全封闭式的构造。伺服电机做成封闭结构主要是为了适应多粉尘、还有腐蚀性物质的生产现场。

美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould 电子公司一个分部,生产M600系列的交流伺服电动机和A600 系列的伺服