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什么類型的電機是伺服電機?(CZZ)
2022年5月26日

簡短的回答是:沒有單一的“類型”伺服電機。術語“伺服”僅表示電機在閉環控制系統中運行,該系統使用來自編碼器或旋轉變壓器(通常集成到電機或安裝在電機上)的反饋來比較電機的實際位置、速度或扭矩與指令價值。請注意,此定義未指定電機的基本結構或操作。但有些電機類型比其他電機更適合伺服應用——通常涉及具有良好調節速度或扭矩的高精度運動。這里概述了各種類型的電機,以及為什么某些電機設計在伺服應用中的性能優于其他電機。各種電機之間的第一個區別通常是它們是使用交流電源還是直流電源運行。交流電機和直流電機在操作上的根本區別在于,交流電機的速度由施加電壓的頻率和電機中的磁極數控制。對于直流電機,在電機負載恒定的情況下,速度與電源電壓成正比。正如您將在下面看到的,交流和直流電機都可以用作伺服電機。
交流電機:同步或異步

交流伺服電機

同步交流電機提供高扭矩密度和出色的動態性能。交流電機可以進一步分為兩類:同步電機和異步電機,這取決于它們旋轉磁場的速度。對于同步電機,轉子以與定子旋轉磁場相同的速率旋轉,稱為同步轉速。同步交流電機在動態應用中具有較高的轉矩密度和優異的性能,因此常用于伺服系統中。 同步交流電機也稱為永磁交流 (PMAC) 或無刷交流 (BLAC) 電機。在異步電動機(也稱為感應電動機)中,轉子的轉動速度比定子的旋轉磁場慢。感應電機通常與變頻驅動器一起使用以實現速度控制,但它們通常不包含反饋,因此它們不是真正的伺服設備。直流電機:有刷或無刷;直流電機細分為有刷和無刷版本,具體取決于它們是機械換向(帶電刷和換向器)還是電子換向(通過霍爾傳感器或其他反饋)。

伺服電機

帶有三個霍爾效應傳感器的無刷直流 (BLDC) 電機,用于檢測轉子位置。有刷和無刷直流電機均可用于伺服系統,但由于電刷和換向器的磨損和相關維護,有刷電機在伺服應用中不太常見 。當刷電機中 在伺服應用中使用,所選擇的配置是典型的****磁鐵的定子(相對于繞線定子),其是通常被稱為一永磁直流(PMDC)電機的設計。另一方面,無刷直流 (BLDC) 電機非常適合伺服應用, 因為它們具有高效率和可靠性、低轉子扭矩(可改善動態響應)和線性速度-扭矩關系。

同步交流電機和 BLDC 電機相同嗎?

與上述同步交流電機一樣,BLDC 電機也在轉子上使用永磁體并以同步速度運行。從技術上講,運行 BLDC 電機的電壓通過直流總線和電子電路從交流轉換為直流。因此,許多專家認為這兩種電機類型是相同的技術,并將它們歸為永磁同步電機 (PMSM)類別。但是同步交流電機和無刷直流電機的定子繞組不同,這種差異會影響它們的運行和性能。

波形

分別用于同步交流和 BLDC 電機的正弦(左)和梯形(右)電流波形。

BLDC 電機中,定子線圈呈梯形纏繞并產生梯形反電動勢波形,這往往會產生可聽噪聲。換向分六個步驟(每 60 度)實現,這會產生轉矩脈動。另一方面,同步交流電機具有正弦繞組定子并使用連續的正弦換向,從而消除了 BLDC 電機所經歷的轉矩脈動。這使得同步交流電機成為高性能工業伺服應用的****。

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