資源描述：
《交流伺服驅(qū)動技術(shù)及其發(fā)展趨勢》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、交流伺服驅(qū)動技術(shù)及其發(fā)展趨勢陳陽生1，楊浩東1，陶志鵬2浙{工大學(xué)，浙江杭州310027：2杭州英邁克電子有限公司，浙江杭州310027)0引言近年來隨著永磁材料、功率半導(dǎo)體、微處理器以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，永磁交流伺服電機(jī)和交流伺服驅(qū)動器得到了飛速的發(fā)展，從最初的實(shí)驗(yàn)室研究到現(xiàn)在已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到社會生活的各個(gè)領(lǐng)域。由于伺服驅(qū)動系統(tǒng)比其它驅(qū)動系統(tǒng)具有一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，如功率密度高、動態(tài)響應(yīng)快、低速力矩大、調(diào)速范圍寬、精度高、可靠性好、效率高等，在高精度數(shù)控加工設(shè)備、紡織機(jī)械等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，基本取代了傳統(tǒng)的
2、直流伺服和步進(jìn)驅(qū)動等傳統(tǒng)驅(qū)動設(shè)備。在現(xiàn)代數(shù)控裝備中，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)是裝備中的最終執(zhí)行部件．裝備的高精度機(jī)械運(yùn)動和操作也是由交流伺服電機(jī)及其驅(qū)動系統(tǒng)來完成，其性能的好壞直接決定了整套裝備的性能，是現(xiàn)代數(shù)控裝備中的核心部件之一。交流伺服系統(tǒng)是一個(gè)典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，由伺服電機(jī)本體和伺服驅(qū)動器兩部分組成。伺服電機(jī)目前一般都采用稀土永磁材料勵(lì)磁，由于水磁材料磁性能的不斷提高，伺服電機(jī)向著高功率密度、高效率和高精度方向發(fā)展：伺服驅(qū)動器不斷向著高集成度、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。國內(nèi)在伺服系統(tǒng)方面的研究工作起步較晚，
3、總體的開發(fā)和研究水平還相對較低，國內(nèi)伺服驅(qū)動產(chǎn)品以中低端為主，高檔伺服驅(qū)動產(chǎn)品基本仍是空白．整體的技術(shù)水平不高，在系統(tǒng)的自適應(yīng)性、可靠性等方面和國外產(chǎn)品有明顯的差距。我國在伺服驅(qū)動方面的嚴(yán)重不足和落后，已經(jīng)嚴(yán)重地抑制了我國數(shù)控機(jī)床的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品性能的提升，也成為了我國發(fā)展各類高檔數(shù)控機(jī)床的重要技術(shù)瓶頸之一。2009年國家啟動的“高檔數(shù)控系統(tǒng)”專項(xiàng)，也將伺服驅(qū)動系統(tǒng)作為關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行攻關(guān)研究。永磁交流伺服電機(jī)技術(shù)水磁交流伺服電機(jī)，簡稱伺服電機(jī)．是一種永磁同步電機(jī)，一般由機(jī)殼、定子、轉(zhuǎn)子和位置反饋裝置(如光電編碼
4、器)等組成，如圖1所示。定子由沖片和繞組組成，和異步電機(jī)相似，但交流伺服電機(jī)的極數(shù)和定轉(zhuǎn)子齒槽配合與普通三相異步有較大差別，一般極數(shù)較高。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子是水磁轉(zhuǎn)子，般采用稀土永磁材料，如釹鐵硼、釤鈷等。伺服電機(jī)的性能將直接影響伺服系統(tǒng)，乃至整套設(shè)備的性能。為了減小伺服電機(jī)體積和重量，提高系統(tǒng)出圉1伺服電機(jī)組成力和加速性能，高功率密度的交流伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)是伺服系統(tǒng)的主要研究和發(fā)展方向。伺服電機(jī)作為～種永磁電機(jī)，經(jīng)過多年的發(fā)展和改進(jìn)．其設(shè)計(jì)和制造技術(shù)已經(jīng)相對成熟。為了進(jìn)一步提高伺服電機(jī)的各種性能，同時(shí)減小
5、電機(jī)的成本，需要從電磁和機(jī)械設(shè)計(jì)、定子和轉(zhuǎn)子的設(shè)汁制造技術(shù)、電機(jī)損耗和散熱技術(shù)等多方面入手．采取多種技術(shù)手段，來進(jìn)一步提高伺服電機(jī)的功率密度和整體性能。11電機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)高性能伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，是伺服驅(qū)動技術(shù)的關(guān)鍵之一。目前國內(nèi)一般都采用傳統(tǒng)的磁路分析法來設(shè)計(jì)伺服電機(jī)。對于高性能的交流伺服電機(jī)，由于其要求高，而磁場分布、發(fā)熱、受力等情況又較為復(fù)雜，如采用傳統(tǒng)的磁路的方法柬設(shè)計(jì)，一般誤差很大，很難設(shè)計(jì)出滿足性能指標(biāo)要求的屯機(jī)，也不能對電機(jī)的齒槽力矩、力矩波動、電感變化、磁路飽和等做很細(xì)致精確的分析。目前比
6、較先進(jìn)的設(shè)計(jì)療法是以_二維有限元為主，結(jié)合三維有限元，對電機(jī)的整體、局部進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對電機(jī)各部分電磁負(fù)荷、損耗、出力、主漏磁通、損耗等進(jìn)行詳細(xì)分析，保證電機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)都可以達(dá)到期望值。由于整體采用了有限元法，可使得設(shè)計(jì)精度得到保證。圖2是經(jīng)有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)后的電機(jī)磁通密度分布圖，其磁通密度以顏色表示，綠色表示沒有磁場分布，而黃色表示該處的磁通密度超過了l8T，鐵心開始飽和。交流伺服電機(jī)與伺服控制器的匹配好壞，將直接影響到系統(tǒng)的精度和性能。因此，從系統(tǒng)的角度研究電機(jī)和驅(qū)動器的優(yōu)化技術(shù)，可以最大限度的優(yōu)化系統(tǒng)成
7、本，同時(shí)提高系統(tǒng)性能，如在電機(jī)弱磁控制方面，只有電機(jī)本體有很好的弱磁性能佳弱磁控制。司巳圖2二維和三維有限元計(jì)算的電機(jī)磁密分布圖并且控制器具有弱磁控制的功能，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最在大功率伺服電機(jī)和高速伺服電機(jī)中．隨著轉(zhuǎn)予外徑和轉(zhuǎn)速的提高，磁鋼所受到的離心力迅速提高，如何在兼顧電機(jī)電磁性能的情況下，設(shè)計(jì)出堅(jiān)固的轉(zhuǎn)子，防止磁鋼飛出，則是電機(jī)設(shè)計(jì)的另一個(gè)難題。對于這一類的電機(jī)的設(shè)計(jì)．需要進(jìn)行機(jī)械有限元分析，以對電機(jī)內(nèi)部的應(yīng)力和機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行校核。當(dāng)前市場上用于設(shè)計(jì)和優(yōu)化電機(jī)結(jié)構(gòu)和性能的商業(yè)有限元軟件不斷成熟，這些軟件可以
8、對電機(jī)的電磁性能、機(jī)械性能進(jìn)行多物理場耦合計(jì)算和仿真，這使得設(shè)計(jì)更高功率密度的伺服電機(jī)成為可能。12定子技術(shù)伺服電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)大致與普通異步電機(jī)相同，但在定于繞組的設(shè)計(jì)上則有很大的不同。在大功率伺服電機(jī)中，定子繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)．尤其是齒槽配合，必須考慮到電機(jī)的出力，電機(jī)的齒槽力矩和力矩波動等。在傳統(tǒng)的伺服電機(jī)設(shè)計(jì)中，一般采用的是整距分布繞組，如18槽6極，24槽4極等，這種繞組的普遍特征是繞組的繞組系
