伺服电机应用解析

当前的直流异步电机并没有针对低惯量和高加速度反应进行设计。
你真的需要伺服电机吗?一台带有反馈设备的异步电动机可以为特殊应用提供
更好的解决方案吗?看一看伺服电机和异步电机的定义和性能属性，也许可以
得到答案。
伺服电机系统：伺服系统不仅仅是一台电机，它是包含控制器、驱动、电机和
反馈设备的闭环运动系统，通常还带有光学或者磁性编码器。因为供应商总是
在做伺服电机的广告，人们就发生了概念混淆。
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伺服电机 是具有永磁(PM) 的同步机器，代表为有刷或者无刷永磁电机。它

的性能属性和其他的几种电机类型不太一样。永磁同步电机拥有很高的峰值和
连续扭矩，可以用来在精确定位系统中以很高的加速度和减速度驱动伺服系
统。扭矩通常和输入电流成正比，电机轴速和输入电压直接相关。输入电压越
高，电机的速度也就越快，扭矩/速度曲线是线性的。
永磁结构和电机的气隙直接相连。看看永磁无刷电机的配置，可动的转子(具
有永磁性)和固定的定子线圈在磁性上相互作用，使电机具备扭矩和速度。三
相定子域交替加强，永磁转子与旋转的定子同步。一个特殊的电子沟通系统可
以用来检测转子的位置以加强定子

 

线圈。在精确定位系统中，除了大多数
汽车应用和系统中使用超大型电机之外，都要选择永磁无刷电机。当用在闭环
扭矩、速度或者定位系统中，永磁无刷电机只是一种伺服电机。
异步电机拥有和永磁无刷电机相同的物理定子，但是转子结构完全不同。鼠笼
异步电机包括一系列铝制或者铜制件，嵌入在转子结构的凹槽中，通过大型
的短翼尾部连接。这些转子短板与定子旋转域磁性耦合，感生出新的转子域，
同定子相互作用以使转子运动。在同步定子、慢速转子域和实际转子速度之间
存在一点微小差距，这个速度差距导致了滑移。输入的频率决定了电机速度。
举例来说，一台 60Hz 的两极交流电机空载速度可以达到 3600rpm，而四极
交流电机的速度则低于 1800rpm，并且依赖于滑移率。随着电机扭矩的增加
滑移增加而速度下降。交流异步电机要增加扭矩，代价是降低速度，直到负载
达到临界点这时候电机速度突然降低到零。一个固有的交流电机性能特点是：
它的初始扭矩很小，而且当电机启动时没有任何负载。
这个固有的扭矩-速度性能，随着八十年代电动变频器的出现而被彻底改变了。
变频器的功能在于，使用可调或者可变的驱动重新确定扭矩-速度曲线，以改
变电压和频率，从而使交流异步电动机成为系统速度之王。
当今的速度和定位系统：高性能驱动的持续进步，已经使交流异步电机和永
磁无刷电机以及相应的驱动在市场上更具竞争力，但是永磁无刷电机仍然统
治着定位控制应用。除此而外，永磁无刷电机还在工厂里蚕食着直流有刷速度
控制在 1kw(1.37hp)或者更低瓦数应用的市场。
怎样选择：直流异步电机当前不是为了低滞和高加速度响应所设计。它占据了
从 100 瓦到 100 万瓦的速度应用的绝大部分市场份额。
除了在 50kw(67hp)或者更大的系统之外，都可以将永磁无刷电机用于伺服
定位系统。在固定或者可变速度的系统里，则更多的使用交流异步电机。通用
的解决方案是很少见的。其他的电机也还不错，但是远远没有经典的交流异步