真的需要伺服器吗?以下是如何决定的方法

栏: 了解你的历史:当伺服系统使用感应电机

你真的需要伺服器吗?带反馈装置的感应电机能否为特定应用提供更好的解决方案?查看伺服和感应电机的定义和性能特征可能会推动决策。

伺服电机系统:伺服不只是一个电机。它是由控制器、驱动器、电机和反馈装置(通常是光学或磁性编码器)组成的闭环运动系统。当电机供应商宣传一种伺服电机时，混乱就开始了。

“伺服电机”是一种带有永磁体(PM)的同步机器，它以有刷或无刷永磁电机为代表。它有一定的性能特点，区别于其他类型的电机。永磁同步电机具有非常高的峰值和连续转矩，用于在高精度定位系统中以高加减速速率驱动伺服系统。转矩与输入电流成正比。电机轴速与输入电压直接相关。输入电压越高，电机的转速越高。转矩与速度的关系是线性的。

永磁结构直接与电机的气隙相邻。看看无刷永磁电机的配置，两个相互作用的磁性结构，运动转子(带有附着的永磁体)和静止定子绕组相互作用，产生电机的扭矩和速度。三相定子磁场依次通电，永磁转子以同步方式跟随旋转定子磁场。采用特殊的电子换向系统检测转子位置，给定子绕组通电。除了大多数汽车应用和使用非常大的电机的系统外，在精密定位系统中，无刷永磁电机将被选择在所有其他电机之上。无刷永磁电机只有在闭环转矩、速度或定位系统中使用时才属于伺服电机。

感应电机具有与永磁无刷电机相同的物理定子，具有完全不同的转子结构。鼠笼式异步电动机转子由一系列导电铝或铜棒置于转子结构的槽中，两端通过大短环连接而成。这些短路的转子棒与定子的旋转磁场磁偶联，产生一个新的转子磁场，该磁场与定子磁场相互作用，产生转子运动。同步定子和慢速转子磁场与实际转子转速之间存在很小的差异。这种速度差称为转差。输入频率决定电机转速。

例如，一个60赫兹的两极交流电机的空载速度接近3600转/分，而一个四极交流电机的空载速度将低于1800转/分，这取决于转差值。随着电机产生转矩，转差增加，速度下降。交流感应电机将以速度降低为代价产生更多转矩，直到负载接近击穿点，此时电机速度突然降至零。一个固有的交流电机的性能特点是，它有很小的启动转矩和任何负载必须去除电机启动。

这种电机的固有转矩-转速性能完全改变了逆变器电子驱动的到来在20世纪80年代。逆变器使用可调或变速驱动器改变电压和频率的能力重塑了转矩-速度曲线，开启了交流感应电动机作为速度系统之王的使用。

今天的速度和位置系统:高性能驱动器的不断发展使无刷永磁和交流感应电机以及相关驱动器在许多市场中更接近竞争条件，但无刷永磁电机主导着位置控制应用。速度控制中的无刷永磁电机在工厂车间的1千瓦(1.37马力)和更小功率应用中对直流有刷速度控制取得了重要进展。

如何选择:交流感应电机目前不是为低惯性和高加速度响应设计的。它主导了从100瓦到1兆瓦的大多数速度应用。

除50千瓦(67马力)或更大的系统外，伺服位置系统使用无刷永磁电机。在恒速或变速系统中更多地使用交流感应。交叉解决方案很少。其他电机持有承诺，但没有令人尊敬的交流感应电机或即将到来的无刷永磁电机的成功。(这是基于控制工程， 2007年9月“回归基础”。)

作者信息

Dan Jones是Incremotion Associates/Motion Media Group的总裁。

了解你的历史:当伺服系统使用感应电机

1955年，在100瓦以下的伺服电机中选择使用的电机是2相交流感应电机，具有高转子滑移(和低效率)，以使其转矩-速度性能接近线性。由Alnico家族领导的永磁体刚刚开始用于PM刷直流电机。20世纪60年代，铁氧体磁铁开始投入使用，并在10年内几乎占领了所有辅助汽车业务。

20世纪60年代末稀土磁铁的发现改变了70年代末的定位(伺服)系统。到20世纪90年代初，结合稀土永磁体的无刷永磁电机占领了精密伺服市场。

交流感应电动机在20世纪90年代继续占据变速市场的更多份额，以实现其在大多数速度控制市场的主导地位。

今天，交流感应速度控制在工厂车间的第三位。交流感应电机是，然而，完美的速度控制电机在广泛的工业可调速度控制。虽然无刷永磁电机是一种优秀的速度电机，但目前永磁体的较高成本严重限制了其在这些市场的使用。

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