中国电机行业的出口前景十分广阔

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如何有效改善伺服电机驱动器 应用伺服电机驱动器的结构

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电机网管理员 发表于 2020-6-4 16:13:24 | 显示全部楼层 |阅读模式 打印 上一主题 下一主题
现代交流伺服系统,经历了从模拟到数字化的转变,数字控制环已经无处不在,比如换相、电流、速度和位置控制;采用新型功率半导体器件、高性能DSP加FPGA、以及伺服专用模块也不足为奇。国际厂商伺服产品每5年就会换代,新的功率器件或模块每2~2.5年就会更新一次,新的软件算法则日新月异,总之产品生命周期越来越短。总结国内外伺服厂家的技术路线和产品路线,结合市场需求的变化,可以看到以下一些最新发展趋势:1.专用化和多样化  虽然市场上存在通用化的伺服产品系列,但是为某种特定应用场合专门设计制造的伺服系统比比皆是。利用磁性材料不同性能、不同形状、不同表面粘接结构(SPM)和嵌入式永磁(IPM)转子结构的电机出现,分割式铁芯结构工艺在日本的使用使永磁无刷伺服电机的生产实现了高效率、大批量和自动化,并引起国内厂家的研究。2.网络化和模块化  将现场总线和工业以太网技术、甚至无线网络技术集成到伺服驱动器当中,已经成为欧洲和美国厂商的常用做法。现代工业局域网发展的重要方向和各种总线标准竞争的焦点就是如何适应高性能运动控制对数据传输实时性、可靠性、同步性的要求。随着国内对大规模分布式控制装置的需求上升,高档数控系统的开发成功,网络化数字伺服的开发已经成为当务之急。模块化不仅指伺服驱动模块、电源模块、再生制动模块、通讯模块之间的组合方式,而且指伺服驱动器内部软件和硬件的模块化和可重用。3.高效率化  尽管这方面的工作早就在进行,但是仍需要继续加强。主要包括电机本身的高效率比如永磁材料性能的改进和更好的磁铁安装结构设计,也包括驱动系统的高效率化,包括逆变器驱动电路的优化,加减速运动的优化,再生制动和能量反馈以及更好的冷却方式等。4.高速、高精、高性能化  采用更高精度的编码器(每转百万脉冲级),更高采样精度和数据位数、速度更快的DSP,无齿槽效应的高性能旋转电机、直线电机,以及应用自适应、人工智能等各种现代控制策略,不断将伺服系统的指标提高。5.智能化  现代交流伺服驱动器都具备参数记忆、故障自诊断和分析功能,绝大多数进口驱动器都具备负载惯量测定和自动增益调整功能,有的可以自动辨识电机的参数,自动测定编码器零位,有些则能自动进行振动抑止。将电子齿轮、电子凸轮、同步跟踪、插补运动等控制功能和驱动结合在一起,对于伺服用户来说,则提供了更好的体验。6.直接驱动  直接驱动包括采用盘式电机的转台伺服驱动和采用直线电机的线性伺服驱动控制,由于消除了中间传递误差,从而实现了高速化和高定位精度。
        伺服电机在有些机械上使用时经常会发生噪声过大和负载运转不稳定的现象,大多人的初步认为这是电机的质量问题,因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载,噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看,确实是伺服电机的原故,但我们仔细分析伺服电机的工作原理后,会发现这种结论是完全错误的。    在此例中,系统是振荡的,电机扭矩是波动的,负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过,这都不是由伺服电机驱动器">伺服电机驱动器引起的,这种噪声和不稳定性,是来源于机械传动装置,是由于伺服系统反应速度(高)与机械传递或者反应时间不相匹配而引起的,即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。  举一个简单例子:有一台机械,是用伺服电机驱动器通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性,分析其动作过程: 当驱动器将电流送到电机时,电机立即产生扭矩;一开始,由于V形带会有弹性,负载不会加速到象电机那样快;伺服电机会比负载提前到达设定的速度,此时装在电机上的偏码器会削弱电流,继而削弱扭矩; 随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢,此时驱动器又会去增加电流,周而复始。   当然,以上只是噪起,不稳定的原因之一,针对不同的原因,会有不同的解决办法,如由机械共振引起的噪声,在伺服方面可采取共振抑制,低通滤波等方法,总之,噪声和不稳定的原因,基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。
        伺服电机是机械生产设备的执行元件,在伺服系统中得到非常广泛的应用,在使用伺服电机的时候,由于对伺服电机原理和伺服电机的结构不太了解,感觉伺服电机工作时有较大的发热现象,很多人就不禁担心故障发生,实际上发热是伺服电机工作时的一个普遍现象,但是你知道什么样的发热度才算正常?我们又怎样来减少伺服电机的发热呢减少伺服电机的发热,就是减少铜损和铁损。 减少铜损有两个方向,减少电阻和电流,这就要求在选型时尽量选择电阻小和额定电流小的电机,对两相电机,能用串联的电机就不用并联电机。但是这往往与力矩和高速的要求相抵触。对于已经选定的电机,则应充分利用驱动器的自动半流控制功能和脱机功能,前者在电机处于静态时自动减少电流,后者干脆将电流切断。伺服电机控制器发热允许到什么程度,主要取决于电机内部绝缘等级。内部绝缘性能在高温下才会被破坏。所以只要内部不超过130度,电机便不会损坏,而这时表面温度会在90度以下。所以,伺服电机表面温度在70-80度都是正常的。简单的温度测量方法有用点温计的,也可以粗略判断:用手可以触摸1-2秒以上,不超过60度;用手只能碰一下,大约在70-80度;滴几滴水迅速气化,则90度以上了;当然也可以用测温枪来检测另外,细分驱动器由于电流波形接近正弦,谐波少,电机发热也会较少。 减少铁损的办法不多,电压等级与之有关,高压驱动的电机虽然会带来高速特性的提升,但也带来发热的增加。所以应当选择合适的驱动电压等级,兼顾高速性,平稳性和发热,噪音等指标.
        伺服电机作为控制系统中的执行元件 是机器人三大核心零部件之一伺服电机作为控制系统中的执行元件,是机器人三大核心零部件之一。机器人伺服系统由伺服电机、伺服驱动器、指令机构三大部分构成,伺服电机是执行机构,就是靠它来实现运动的,伺服驱动器是伺服电机的功率电源,指令机构是发脉冲或者给速度用于配合伺服驱动器正常工作的。国内外伺服系统厂商将机器人市场作为未来重点的发展方向,伺服电机一般安装在机器人的“关节”处,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。机器人需求在全球范围内不断扩大,而中国现在是全球增速最快的机器人市场。2013年至2016年,中国连续三年成为全球第一大工业机器人消费市场。IDC预测到2020年,中国机器人市场规模将达到594亿美元,中国市场将占全球机器人市场总量的30%以上,市场空间巨大。机器人的高速增长将带动伺服电机的巨大需求。2015年,我国机器人用伺服系统市场规模约为10.6亿元,到2020年市场规模将达47亿元左右,未来五年复合增长率约为35%。机器人伺服电机面临挑战伺服电机在自动化控制系统在往往与终端执行机构相连,因此也被成为执行电机。伺服电机在伺服系统中作为执行元件,其作用是将伺服控制器的脉冲信号转化为电机转动的角位移和角速度。伺服电机分为直流和交流伺服电动机两大类,与普通电机相比其主要特点是,其通常搭配反馈装置一起使用,实现精准控制。伺服电机分类:为了提高工业生产的灵活性,机器人正变得越来越轻,同时为了保证机器人的动态和精度,高功率密度伺服电机至关重要;在精加工作业领域,机器人甚至需要人手所具备的柔顺性,要求电机能以“罐头”大小实现高性能,提高生产质量和效率并保证操作员安全;在医用机器人领域,为了让机器人帮助患者早日恢复健康,对电机稳定性和可靠性提出了至高要求。机器人对伺服电机的高要求主要有以下方面:1.要求伺服电机具有快速响应性。电机从获得指令信号到完成指令所要求的工作状态的时间应短。响应指令信号的时间愈短,电伺服系统的灵敏性愈高,快速响应性能愈好,一般是以伺服电机的机电时间常数的大小来说明伺服电机快速响应的性能。2.伺服电机的起动转矩惯量比要大。在驱动负载的情况下,要求机器人的伺服电机的起动转矩大,转动惯量小。3.伺服电机要具有控制特性的连续性和直线性,随着控制信号的变化,电机的转速能连续变化,有时还需转速与控制信号成正比或近似成正比。
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