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| 微特電機論文：交流伺服電動機與直流伺服電動機的比較 |
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電氣伺服技術(shù)在機電一體化產(chǎn)品中的應用最為廣泛，其主要原因是由于伺服電動機控制方便、靈活，容易獲取驅(qū)動能源，沒有公害污染，維護也比較容易。特別是隨著電子技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，為電氣伺服技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的前景。在電氣伺服系統(tǒng)中，按驅(qū)動裝置的執(zhí)行元件電動機類型來分，大致說來，通常分為直流(Dc)伺服系統(tǒng)和交流(Ac)伺服系統(tǒng)兩大類。下面就以Dc伺服電動機和Ac伺服電動機為比較對象，來粗略地說明這兩類伺服系統(tǒng)的優(yōu)缺點。
從技術(shù)上看，在20世紀60年代末、70年代初，Dc伺服電動機就已經(jīng)實用化了，在各類機電一體化產(chǎn)品中，大量使用著各種結(jié)構(gòu)的Dc伺服電動機。在20世紀70年代末期，隨著微處理器技術(shù)、電動機控制技術(shù)、大功率高性能半導體器件、電動機永磁材料的發(fā)展和成本的降低，Ac伺服電動機及其控制裝置所組成的Ac伺服系統(tǒng)開始應用。由于Ac伺服系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)越性，目前已成為工廠自動化(FA)的基礎技術(shù)之一，并將逐步取代Dc伺服系統(tǒng)。
在Ac伺服系統(tǒng)中，按電動機種類又分為同步型和異步型(感應)Ac伺服系統(tǒng)兩種。兩種類型的Ac伺服電動機與Dc伺服電動機的主要性能比較見表l-1。
Dc伺服電動機在軸端安裝高性能的速度和位置檢測器，并用脈沖寬度調(diào)制(PwM)大功率電力電子器件(IGBT)的放大器驅(qū)動，可以使Dc伺服系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制性能，所以在20世紀70年代曾獲得了廣泛應用。但由于Dc伺服電動機．存在機械換向器，需要較多的維護，運行火花使應用環(huán)境受到了某些限制，轉(zhuǎn)子容易發(fā)熱，影響與其相連接的絲杠精度，高速運行和大容量設計都受到機械換向器的限制。這些缺點和限制都是由變流機構(gòu)一機械換向器所造成的。所以，革除機械換向器而保留Dc伺服電動機的優(yōu)良控制性能，是人們長期以來一直在追求的目標。
Ac伺服電動機本身結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，體積小，質(zhì)量輕，沒有機械換向，無需多少維護。由于電力電子器件組成的逆變器及微電子器件對逆變器的控制靈活性．為取代機械換向器提供了條件，才有可能使得包括Ac伺服電動機、逆變器及其控制回路等組成的整體裝置——Ac伺服系統(tǒng)，達到Dc伺服電動機及Dc伺服系統(tǒng)的控制性能，克服了Dc伺服電動機的缺點，發(fā)揮了Ac伺服電動機的長處。
Ac伺服電動機通常有籠型異步(感應)伺服電動機和永磁同步型伺服電動機兩類，由電子器件與其結(jié)合，分別構(gòu)成異步型Ac伺服系統(tǒng)和同步型Ac伺服系統(tǒng)。
異步型Ac伺服系統(tǒng)的控制方法是采用矢量變換控制。所謂矢量變換控制就是模仿Dc伺服電動機的控制，把異步伺服電動機的定子電流分成兩個電流分量進行分別獨立控制，一個電流分量與轉(zhuǎn)子磁通方向一致，該電流分量稱為定子電流的勵磁分量；另一個電流分量與轉(zhuǎn)子磁通垂直，該分量稱為定子電流的轉(zhuǎn)矩分量。由于實現(xiàn)矢量變換計算復雜，電動機低速特性不良，容易發(fā)熱。因此，在功率為千瓦、轉(zhuǎn)速下限為幾分鐘一轉(zhuǎn)的進給伺服驅(qū)動中，大多數(shù)情況下，都采用同步型伺服電動機。
作為伺服驅(qū)動用的同步電動機，在轉(zhuǎn)子上裝有永磁材料，產(chǎn)生恒定磁場。在伺服電動機軸的非負載側(cè)安裝速度檢測器和位置檢測器。位置檢測器的一個用途就是用以檢測永磁體的磁極位置。由磁極位置信號控制同步伺服電動機電樞電流的相位以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁場方向與電樞電流矢量的磁場在空間上正交，在其他條件一定時所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩****。由于可以連續(xù)測量出磁場位置，因此，就可以對電樞電流的相位進行精細的控制。對定子電流幅值和相位進行控制，達到了對定子電流瞬間值進行細微控制的要求。應該進一步指出，電動機的轉(zhuǎn)子磁通系由轉(zhuǎn)子上的永磁體產(chǎn)生且保持恒定，所控制的定子電流與磁場正交，完全是用來產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的。這一點和Dc伺服電動機是一樣的，電磁轉(zhuǎn)矩和定子電流具有線性關(guān)系。如果轉(zhuǎn)子磁通和定子電流矢量間不是正交的話，則可能導致氣隙的有效磁場增加或減少，電動機的運行狀態(tài)將發(fā)生變化。
本書將主要討論永磁同步伺服電動機所構(gòu)成的Ac伺服系統(tǒng)，對異步型交流伺服系統(tǒng)不作介紹。
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