交流永磁同步电机伺服系统

目前，在交流同步伺服驱动系统中，普通应用的交流永磁同步伺服电动机有两大类。

一类称为无刷直流电动机，它要求将方波电流直入定子绕组（BLDCM）

另一类称为三相永磁同步电动机，它要求输入定子绕组的电源仍然是三相正弦波形。（PM·SM）

无刷直流电动机(BLDCM)，用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极，将原直流电动机的电枢变为定子。有刷直流电动机是依靠机械换向器将直流电流转换为近似梯形波的交流电流供给电枢绕组，而无刷直流电动机(BLDCM)是将方波电流(实际上也是梯形波)直接输入定子。将有刷直流电动机的定子和转子颠倒一下，并采用永磁转子，就可以省去机械换向器和电刷，由此得名无刷直流电动机。 BLDCM定子每相感应电动势为梯形波，为了产生恒定的电磁转矩，要求功率逆变器向BLDCM定子输入三相对称方波电流，而SPWM、PM、SM定子每相感应电动势为近似正弦波，需要向SPWM、PM、SM定子输入三相对称正弦波电流。

永磁同步电机的磁场来自电动机的转子上的永久磁铁，永久磁铁的特性在很大程度上决定了电机的特性，目前采用的永磁材料主要有铁淦氧，铝镍钴，钕铁硼以及SmCO5 Sm2CO17.

在转子上安装永磁铁的方式有两种。一种是将成形永久磁铁装在转子表面，即所谓外装式；另一种是将形成永久磁铁埋入转子里面，即所谓内装式。永久磁铁的形状可分为扇形和矩形两种。

根据确定的转子结构所对应的每相励磁磁动势的分布不同，三相永磁同步电动机可分为两种类型：正弦波型和方波型永磁同步电机，前者每相励磁磁动势分布是正弦波状，后者每相励磁磁动势分布呈方波状，根据子路结构和永磁体形状的不同而不同。对于径向励磁结构，永磁体直接面向均匀气隙，如果采用系统永磁材料，由于稀土永磁的取向性好，可以方便的获得具有较好方波形状的气隙磁场。对于采用非均匀气隙或非均匀磁化方向长度的永磁体的径向励磁结构，气隙磁场波形可以实现正弦分布。

综上所述两类永磁AC同步伺服电动机的差异归纳如下:：

控制原理相似，给定指令信号加到AC伺服系统的输入端，电动机轴上位置反馈信号与给定位置相比较，根据比较结果控制伺服的运动，直至达到所要求的位置为止。PM、SM和BLDCM二类伺服系统构成的基本思路是一致的。

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PM、SM伺服系统要求定子输入三相正弦波电流，可以获得更好的平稳性，具有更优越的低速伺服性能。因而广泛用于数控机床，工业机器人等高性能高精度的伺服驱动系统中。2100433B

早在70年代，小惯量的伺服直流电动机已经实用化了。到了70年代末期交流伺服系统开始发展，逐步实用化，AC伺服电动机的应用越来越广,并且还有取代DC伺服系统的趋势成为电气伺服系统的主流。 永磁转子的同步伺服电动机由于永磁材料不断提高，价格不断下降，控制又比异步电机简单，容易实现高性能的缘故，所以永磁同步电机的AC伺服系统应用更为广泛。

在结构上，永磁同步电机伺服系统可集成多套电驱动伺服系统，且不大幅增加装置的高度与宽度；在传动方式上，通过特殊的结构使多个负载独立运动，并且对多个负载进行直接驱动以减小传动误差；在系统设计上，对该系统全数字化、微型化、高性能化和智能化设计。 2100433B

在交流伺服系统中，一般采用两相交流电动机作为执行部件。它的一个绕组是作为固定激磁用的,另一个绕组为控制绕组,两个绕组上电压的相位相差90°。两相交流电机工作可靠，交流放大器结构简单且没有零点漂移，加上测量元件又都采用交流电（例如旋转变压器），所以交流伺服系统简单可靠。但是交流电动机的效率较低,因此交流伺服系统一般仅用于100瓦以下的小功率场合。交流伺服系统的设计比直流伺服系统复杂得多，用于改善系统性能的校正装置（见控制系统校正方法）在结构上也比较复杂。2100433B

功率3KW；转矩12N；转速2000r/min；主频300M;独立HPI接口；100W－5KW驱动能力；12位编码器反馈；加载力矩500N；0～14V输入；12位精度；绝对式；串行输出；传动机构误差和装配误差小于0.1度。