正弦波交流伺服电动机综述 

    正弦波交流伺服系统综合了伺服电动机、角速度和角位移传感器的最新成就，与采用
新型电力电子器件、专用集成电路和专用控制算法的交流伺服驱动器相匹配，组成新型高
性能机电一体化产品。使原有的直流伺服系统面临淘汰的危机，成为当今世界伺服驱动的
主流及发展方向。正弦波交流伺服广泛使用于航空、航天、兵器、船舶、电子及核工业等领域，
如自行火炮、卫星姿态控制、雷达驱动、机载吊舱定位系统、战车火控及火力系统、水下灭雷

 

机器人等。

    正弦波交流伺服电动机是在有刷直流电动机的基础上发展起来的。有刷直流电动机自十
九世纪四十年代出现以来，以其优良的转矩控制特性，在相当长的一段时间里，一直在

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运动控制领域占据主导地位。但是，机械接触的电刷

换向器的制造工艺复杂和成本较

——

高，一直是直流伺服电动机的致使弱点。电刷

换向器的结构也降低了直流伺服电动机

——

的可靠性，限制了其在很多场合中的应用。为了取代有刷直流电动机的电刷

换向器结

构，人们作出了长期的探索。上世纪 20 年代，Boliger 提出用整流管代替有刷直流电动机

 

的机械式电刷，从此产生了无刷直流电动机的基本思想。

    与传统的有刷直流电动机相比较，无刷直流电动机的最大特点是以半导体开关元件代
替了由换向器和电刷组成的机械换向机构。由于没有滑动电接触，也就消除了换向器的机
械磨损、换向火花和电磁干扰。其转子采用永磁体励磁，不仅没有励磁损耗，而且保持了
有刷直流电动机优良的调速特性，提高了电机

 

的整体效率。

    20 世纪七十年代以来，随着电力半导体工作的飞速发展，许多新型的全控制半导体功
率器件如 GTR、MOSFET、IGBT 等相继问世，加之新型高磁能积永磁材料如 SmCo、NdFeB

 

等的陆续出现均为无刷直流电动机的广泛应用奠定了坚实的基础。

    

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随着电机本体及其相关技术的迅速发展，新型电机不断涌现。 无刷直流电动机 的概念

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已由最初 特指 具有特定电子换向的直流电动机发展到 泛指 一切具备有刷直流电动机
外部特性且没有电刷的永磁直流电动机。无刷直流电动机系统按其绕阻反电势 BEMF 的波
形和电流的波形可分为两大类：方波无刷直流电动机和正弦波无刷直流电动机或正弦波

 

交流伺服电动机。

    两种永磁无刷电动机比较而言，方波无刷直流电动机具有控制简单、成本低、检测装置
简单、系统实现起来相对容易等优点。但是方波无刷直流电动机原理上存在固有缺陷，因
电枢中电流和电枢磁势移动的不连续性而存在电磁脉动，而这种脉动在高速运转时产生
噪声，在中低速又是平稳的力矩驱动的主要障碍。转矩脉动又使得电机速度控制特性恶化，
从而限制了由其构成的方波无刷直流电动机伺服系统在高精度、高性能要求的伺服驱动场
合下的应用（尤其是在低速直接驱动场合）。因此，对于一般性能的电伺服驱动控制系统，
选用方波无刷直流电动机及相应的控制方式，而对于高精度、高性能电伺服驱动系统则多

 

采用正弦波交流伺服电动机及其控制系统。

    在以计算机为核心的数字运动控制系统中，正弦波交流伺服电机作为执行电动机，能

 

够接受计算机发出的转矩、转速和位置等一系列数字控制量。