永磁交流伺服电动机
20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年代以后，世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动。交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有:
⑴)无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。―⑵定子绕组散热比较方便。⑶惯量小，易于提高系统的快速性。(4)适应于高速大力矩工作状态。
(⒂同功率下有较小的体积和重量。
自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统，这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期，各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全满足运动控制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用，出现了数字控制系统，控制部分可完全由软件进行，分别称为搠胧只疹或抟旌鲜豁、撒只疹的永磁交流伺服系统。
到目前为止，高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机，控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统。典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。
日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床（ 转速为100Or/min，力矩为0.25~2.8N.m)，R系列适用于机器人( 转速为3000r/min，力矩为0.016~0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G
波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24%降低到7%,并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列(功率范围为0.05~6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。
以生产机床数控装置而著名的日本法那克(Fanuc)公司，在20世纪80年代中期也推出了S系列(13个规格)和L系列(5个规格）的永磁交流伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。
日本其他厂商，例如:三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)、东芝精机(SM系列)、大限铁工所(BL系列)、三洋电气(BL系列)、立石电机(S系列)等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。
德国力士乐公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格。
德国西门子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类，共8个机座号98种规格。据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机lIHU系列相比，重量只有后者的1/2，配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列，最多的可供6个轴的电动机控制。
德国博世（BOSCH)公司生产铁氧体永磁的SD系列(17个规格）和稀土永磁的SE系列（8个规格）交流伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动控制器。
美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould电子公司一个分部(Motion Control
Division)，生产M600系列的交流伺服电动机和A600系列的伺服驱动器。后合并到AEG，恢复了Gettys名称，推出A700全数字化的交流伺服系统。
美国A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器。电动机包括3个机座号共30个规格。
l.D. (Industrial Drives)是美国著名的科尔摩根（Kollmorgen)的工业驱动分部，曾生产BR-210、BR-310、BR-510
三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的掺鹣盗祗(Goldline)永磁交流伺服电动机，包括B(小惯量)、M(中惯量)和EB(防爆型）三大类，有10、20、40、60、80五种机座号，每大类有42个规格，全部采用铵铁硼永磁材料．力矩范围为0.84~111.2N.m，功率范围为0.54~15.7kW。配套的驱动器有BDS4（模拟型)、BDS5(数字型、含位置控制)和Smart
Drive(数字型)三个系列， 连续电流55A。Goldline系列代表了当代永磁交流伺服技术最新水平。
兰的Inland原为Kollmorgen在国外的一个分部，现合并到AEG，以生产直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而闻名。生产BHT1100、2200、3300三种机座号共17种规格的SmCo永磁交流伺服电动机和八种控制器。
法国Alsthom集团在巴黎的Parvex工厂生产LC系列（长型）和GC系列(短型〉交流伺服电动机共14个规格，并生产AXODYN系列驱动器。
原苏联为数控机床和机器人伺服控制开发了两个系列的交流伺服电动机。其中ABy系列采用铁氧体永磁，有两个机座号，每个机座号有3种铁心长度，各有两种绕组数据，共12个规格，连续力矩范围为7~ 35N.m,2ABy系列采用稀土永磁。6个机座号17个规格，力炬范围为0.1~170N.m，配套的是3Ab型控制器。
近年日本松下公司推出的全数字型MINAS系列交流伺服系统，其中永磁交流伺服电动机有MSMA系列小惯量型，功率从0.03~5kW，共18种规格;中惯量型有MDMA、MGMA、MFMA三个系列，功率从0.75 ~4.5kW，共23种规格,MHMA系列大惯量电动机的功率范围从0.5~5kW，有7种规格。
韩国三星公司近年开发的全数字永磁交流伺服电动机及驱动系统，其中FAGA交流伺服电动机系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多种型号，功率从15W~5kW.
现在常采用（Powerrate)这一综合指标作为伺服电动机的品质因数，衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变化率表示电动机连续（额定）力矩和转子转动惯量之比.
按功率变化率进行计算分析可知，永磁交流伺服电动机技术指标以美国I.D的Goldline系列为 ，德国Siemens的IFT5系列次之。伺服电机.原理
一、交流伺服电动机
交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L。联接控制信号电压Uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。
交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无"自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用较多的转子结构有两种形式:一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转了的转动惯量，转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很两，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速,而且运转平稳。因此被广泛采用。
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交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负裁恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。
交流同服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点:
1、起动转矩大
由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0>1，这样不仅使转矩特性(机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。
2、运行范国较广3、无白转现象
正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1 - S1、T2 - S2线)以及合成转矩特性（T- S曲线》
交流同服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz。电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz。电压有20V、26V、36V、115V等多种。
交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重星重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。
选型方法
与步进电机的性能比较
步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有若本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随若全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号)，但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作—比较。
—、控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为1.8"、0.9°，五相混合式步进电机步距角一股
为0.72
°、0.36°。也有一些高·性能的步进电机通过细分后步距角更小。如三洋公司〔SANYO
DENKI)生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36%r0.18%80.09、0.072"、0.036”，兼容了两相和五相混合式
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步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准20O0线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其泳冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当-为360°/131072=0.0027466°，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655,

步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准20O0线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当星为360° /8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655,
二、低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。
交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象，交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT)，可检测出机械的共振点，便于系统调整.
三、矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其 工作转速一般在300~60ORPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为20OORPM或30OORPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出..
四、过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以山洋交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其 转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象.
五、运行性能不同
步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠.
六、速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速〔一般为每分钟几百转）需要200 --400亳秒。交流伺服系统的加速性能较好，以山洋400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。
选型计算方法
一、转速和编码器分辨率的确认，二、电机轴上负载力矩的折算和加减速力矩的计算.
三、计算负载惯星，惯量的匹配，安川伺服电机为例，部分产品惯星匹配可达50倍，但实际越小越好，这样对精l度和响应速度好。
四、再生电阻的计算和选择，对于伺服，一投2kw以上，要外配置。
五、电缆选择，编码器电缆双绞屏蔽的，对于安川伺服等日系产品绝对值同码器足6芯。增量式是4芯。
安装使用注意事项
一、伺服电机油和水的保护――A:伺服电机可以用在会受水或油滴侵袭的场所，但是它不是全防水或防油的。因此,同服电机不应当放置或使用在水中或油侵的环境中。
B;如果伺服电机连接到一个减速齿轮，使用伺服电机时应当加油封，以防止减速齿轮的油进入伺服电机C:伺服电机的电缆不要浸没在油或水中。
二、伺服电机电缆一减轻应力
A:确保电缆不因外部弯曲力或白身重量而受到力矩或垂直负荷，尤其
是在电缆出口处或连接处.
B:在伺服电机移动的情况下，应把电缆〈就是随电机配置的那根）牢固地固定到一个静止的部分〈相对电机)，并且应当用一个装在电缆支座里的附加电缆来延长它，这样弯曲应力可以减到最小。
C:电缆的弯头半径做到尽可能大。三、伺服电机允许的轴端负载――A:确保在安装和运转时加到伺服电机轴上的径向和轴向负载控制在每种型号的规定值以内。
B:在安装一个刚性联轴器时要格外小心，特别是过度的夸曲负载可能导致轴端和轴承的损坏或磨损
C: 用柔性联轴器，以便使径向负载低于允许值，此物是专为高机械强度的伺服电机设计的。D:关于允许轴负载。请参阅“允许的轴负荷表”〔使用说明书)。
四、伺服电机安装注意―A:在安装/拆卸耦合部件到伺服电机轴端时，不要用锤子直接敲打轴端。（锤子直接敲打轴端，同服电机轴另—端的编码器要被敲坏)
B:力使轴端对齐到 状态〔对不好可能导致振动或轴承投坏}。
直流无刷伺服电机特点
转动惯量小、启动电压低、空载电流小;弃接触式换向系统，大大提高电机转速， 转速高达100、
无刷伺服电机在执行同服控制时，天须编码器也可实现速度、位置、扭矩等的控制
不存在电刷磨损情况，除转速高之外，还具有寿命长、噪音低、无电磁干扰等特点.直流有刷伺服电机特点
1.体积小、动作快反应快、过载能力大、调速范围宽
之.低速力矩大波动小，运行平稳
3.低噪音,
高效率
4.后端镜码器反馈（选配)构成直流伺服等优点
使用范围
直流伺服电机可应用在是火花机、机械手．精确的机器等。可同时配誉250OP/R高分析度的标准编码器及测速器，更能加配减速箱、令机械设备带来可靠的准确性及高扭力.
调速性好，单位重量和体积下，输出功率 ，大于交流电机，更远远超过步进电机。多级结构的力矩波动小作用

直流伺服电机
直流伺服电机,它包括定子、转子铁芯、电机转轴、伺服电机绕组换向器、伺服电机绕组、测速电机绕组、测速电机换向器,所述的转子铁芯由矽钢冲片叠压固定在电机转轴上构成,
直流伺服电机的种类
小惯量直流电机——印刷电路板的自动钻孔机
中惯量直流电机（宽调速直流电机）——数控机床的进给系统
大惯量直流电机——数控机床的主轴电机
特种形式的低惯量直流电机
直流伺服电机的基本特性
1、机械特性 在输入的电枢电压Ua保持不变时，电机的转速n随电磁转矩M变化而变化的规律，称直流电机的机械特性。
2、调节特性 直流电机在一定的电磁转矩M（或负载转矩）下电机的稳态转速n随电枢的控制电压Ua变化而变化的规律，被称为直流电机的调节特性。
3.3、动态特性 从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态特性。