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力士乐伺服驱动器

更新时间:2019-10-28

简要描述:

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伺服驱动器(servo drives)又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”,是用来控制伺服电机的一种控制器,其作用类似于变频器作用于普通交流马达,属于伺服系统的一部分,主要应用于高精度的定位系统。一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服马达进行控制,实现高精度的传动系统定位,目前是传动技术的高端产品。

伺服驱动技术作为数控机床、工业机器人及其它产业机械控制的关键技术之一,在国内外普遍受到关注。在20世纪后10年间,微处理器(特别是数字信号处理器——DSP)技术、电力电子技术、网络技术、控制技术的发展为伺服驱动技术的进一步发展奠定了良好的基础。如果说20世纪80年代是交流伺服驱动技术取代直流伺服驱动技术的话,那么,20世纪90年代则是伺服驱动系统实现全数字化、智能化、网络化的10年。这一点在一些工业发达国家尤为明显。

目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,可以实现比较复杂的控制算法,实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元(AC-DC)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。
随着伺服系统的大规模应用,伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题,越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。

1、伺服控制器通过自动化接口可很方便地进行操作模块和现场总线模块的转换,同时使用不同的现场总线模块实现不同的控制模式(RS232、RS485、光纤、InterBus、ProfiBus),而通用变频器的控制方式比较单一。
2、伺服控制器直接连接旋转变压器或编码器,构成速度、位移控制闭环。而通用变频器只能组成开环控制系统。
3伺服控制器的各项控制指标(如稳态精度和动态性能等)优于通用变频器。
(1)伺服系统:是使物体的位置、方位、状态等输出,能够跟随输入量(或给定值)的任意变化而变化的自动控制系统。
(2)在自动控制系统中,能够以一定的准确度响应控制信号的系统称为随动系统,亦称伺服系统。
伺服的主要任务是按控制命令的要求,对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制得非常灵活方便。
1.3 伺服系统的组成
伺服系统可分为开环、半闭环、闭环控制系统。
具有反馈的闭环自动控制系统由位置检测部分、偏差放大部分、执行部分及被控对象组成。
1.4 伺服系统的性能要求
伺服系统必须具备可控性好,稳定性高和适应性强等基本性能。说明一下,可控性好是指讯号消失以后,能立即自行停转;稳定性高是指转矩随转速的增加而均匀下降;适应性强是指反应快、灵敏、响态品质好。
1.5 伺服系统的种类
通常根据伺服驱动机的种类来分类,有电气式、油压式或电气—油压式三种。
伺服系统若按功能来分,则有计量伺服和功率伺服系统;模拟伺服和功率伺服系统;位置伺服和加速度伺服系统等。
电气式伺服系统根据电气信号可分为DC直流伺服系统和AC交流伺服系统二大类。AC交流伺服系统又有异步电机伺服系统和同步电机伺服系统两种。


交流伺服的技术本身就是借鉴并应用了变频的技术,在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的,也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节:变频就是将工频的50、60HZ的交流电先整流成直流电,然后通过可控制门极的各类晶体管(IGBT,IGCT等)通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电,由于频率可调,所以交流电机的速度就可调了(n=60f/p ,n转速,f频率, p极对数)

简单的变频器只能调节交流电机的速度,这时可以开环也可以闭环要视控制方式和变频器而定,这就是传统意义上的V/F控制方式。很多的变频已经通过数学模型的建立,将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量,大多数能进行力矩控制的著名品牌的变频器都是采用这样方式控制力矩,UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置,采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节;ABB的变频又提出和这样方式不同的直接转矩控制技术,具体请查阅有关资料。这样可以既控制电机的速度也可控制电机的力矩,而且速度的控制精度优于v/f控制,编码器反馈也可加可不加,加的时候控制精度和响应特性要好很多。

力士乐伺服驱动器HCS02.1E-W0028-A-03-NNNN

力士乐REXROTH驱动系统C
力士乐REXROTH电源部分
R911298371 HCS02.1E-W0012-A-03-NNNN
R911298374 HCS02.1E-W0028-A-03-NNNN
R911298373 HCS02.1E-W0054-A-03-NNNN
R911298372 HCS02.1E-W0070-A-03-NNNN
R911308417 HCS03.1E-W0070-A-05-NNBV
R911308419 HCS03.1E-W0100-A-05-NNBV
R911308421 HCS03.1E-W0150-A-05-NNBV
R911308415 HCS03.1E-W0210-A-05-NNBV
3、力士乐REXROTH驱动系统M
(1)力士乐REXROTH单轴变频器
R911295323 HMS01.1N-W0020-A-07-NNNN
R911295324 HMS01.1N-W0036-A-07-NNNN
R911295325 HMS01.1N-W0054-A-07-NNNN
R911295326 HMS01.1N-W0070-A-07-NNNN
R911310462 HMS01.1N-W0110-A-07-NNNN
R911297164 HMS01.1N-W0150-A-07-NNNN
R911295328 HMS01.1N-W0210-A-07-NNNN
(2)力士乐REXROTH双轴变频器
R911306439 HMD01.1N-W0012-A-07-NNNN
R911295322 HMD01.1N-W0020-A-07-NNNN
R911298766 HMD01.1N-W0036-A-07-NNNN
(3)力士乐REXROTH电源
R911296724 HMV01.1E-W0030-A-07-NNNN
R911297424 HMV01.1E-W0075-A-07-NNNN
R911297425 HMV01.1E-W0120-A-07-NNNN
R911297460 HMV01.1R-W0018-A-07-NNNN
R911296725 HMV01.1R-W0045-A-07-NNNN
R911297426 HMV01.1R-W0065-A-07-NNNN
R911312757 HMV01.1R-W0120-A-07-NNNN
(4)力士乐REXROTH风扇单元
R911312503 HAB01.1-0350-1640-NN

1.伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转-个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。
直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。

2.交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

3.伺服电机内部的转子是永磁铁驱动器控制的UNNN三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。
伺服电动机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无自转现象,转速随着转矩的增加而匀速下降
交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。

永磁交流伺服电动机
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,称为永磁交流伺服系统。

力士乐REXROTH驱动器,伺服驱动器,伺服驱动,驱动电源模块,伺服控制模块:

力士乐REXROTH驱动系统C和M
(1)力士乐REXROTH驱动控制部分-单轴
R911381174 CSB02.1A-ET-EC-NN-NN-NN-NN-AW
R911338329 CSB02.1A-ET-EC-NN-NN-NN-NN-FW
R911345193 CSB02.1B-ET-EC-EC-NN-NN-NN-FW
R911381177 CSB02.1B-ET-EC-EC-S4-NN-NN-AW
R911339884 CSB02.1B-ET-EC-EC-S4-NN-NN-FW
R911338330 CSB02.1B-ET-EC-NN-NN-NN-NN-FW
R911381180 CSB02.1B-ET-EC-NN-S4-NN-NN-AW
R911340360 CSH02.1B-CC-EC-ET-S4-NN-NN-FW
R911312378 CSB01.1C-CO-ENS-NNN-NN-S-NN-FW
R911327307 CSB01.1C-ET-ENS-EN2-NN-S-NN-FW
R911326813 CSB01.1C-ET-ENS-NNN-NN-S-NN-FW
R911305278 CSB01.1C-PB-ENS-NNN-NN-S-NN-FW
R911307286 CSB01.1C-PL-ENS-NNN-NN-S-NN-FW
R911315253 CSB01.1C-S3-ENS-EN2-NN-S-NN-FW
R911328086 CSB01.1C-S3-ENS-NNN-L2-S-NN-FW
R911313871 CSB01.1C-S3-ENS-NNN-NN-S-NN-FW
R911305500 CSB01.1C-SE-ENS-EN2-NN-S-NN-FW
R911305277 CSB01.1C-SE-ENS-NNN-NN-S-NN-FW
R911305274 CSB01.1N-AN-ENS-NNN-NN-S-NN-FW
R911305273 CSB01.1N-FC-NNN-NNN-NN-S-NN-FW
R911305275 CSB01.1N-PB-ENS-NNN-NN-S-NN-FW
R911305276 CSB01.1N-SE-ENS-NNN-NN-S-NN-FW
R911340991 CSB02.1A-ET-EC-EC-L3-NN-NN-FW
R911339883 CSB02.1A-ET-EC-NN-L3-NN-NN-FW
R911339884 CSB02.1B-ET-EC-EC-S4-NN-NN-FW
R911338543 CSB02.1B-ET-EC-NN-S4-NN-NN-FW
R911328178 CSH01.1C-ET-ENS-NNN-NNN-S2-S-NN-FW
R911328094 CSH01.1C-S3-EN2-NNN-NNN-S2-S-NN-FW
R911312309 CSH01.1C-S3-ENS-NNN-NNN-NN-S-NN-FW

伺服电机原理
一、交流伺服电动机
交流同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,为了减小转子的转动惯量,转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,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。
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,在负载恒定的情况下,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。
交流伺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
2、运行范围较广
3、无自转现象
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曲线)以及合成转矩特性(T- S曲线)交流伺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、重量重,所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。


伺服电机、测速电机、步进电机。,
各种控制电机有各自的控制任务:
如:伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱动控制对象;测速发电机将转速转换为电压,并传递到输入端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号转换为角位移或线位移。
对控制电机的主要要求:动作灵敏、准确、重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。
伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出的角位移和角速度,驱动控制对象。
伺服电动机可控性好,反应迅速。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。伺服电动机可分为两类:直流伺服电动机、交流伺服电动机。
交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差90°的两个绕组:励磁绕组和控制绕组。
交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处。
励磁绕组固定接在电源上,当控制电压为零时,电机无起动转矩,转子不转。
若有控制电压加在控制绕组上,且励磁电流i,和控制绕组电流I,不同相时,因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下,转子便转动起来。
交流伺服电动机的特点:不仅要求它在静止状态下,能服从控制信号的命令而转动,而且要求在电动机运行时如果控制电压变为零,电动机立即停转。
但如果交流伺服电动机的参数选择和一-般单相异步电动机相似,电动机经转动,即使控制等于零,
电动机仍继续转动,电动机失去控制,这种现象称为“自转”。
直流伺服电动机的结构与直流电动机基本相同。只是为减小转动惯量,电机做得细长一些。
直流伺服电动机的工作原理也与直流电动机相同。
供电方式:他励供电。励磁绕组和电枢分别由两个独立的电源供电。

测速发电机是一种转速测量传感器。在许多自动控制系统中,它被用来测量旋转装置的转速,向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。
测速发电机分为交流和直流两种类型。
交流测速发电机
交流测速发电机又分为同步式和异步式两种,这里只分析异步式交流测速发电机的工作原理。
异步式交流测速发电机的结构与杯形转子交流伺服电机相似,它的定子上有两个绕组,一个是励磁绕组,一个是输出绕组。
直流测速发电机分永磁式和他励式两种。两种电机的电枢相同,工作时电枢接负载电阻。但永磁式的定子使用磁铁产生磁场,因而没有励磁线圈;他励式的结构与直流伺服电机相同,工作时励磁绕组加直流电压励磁。
测速发电机的作用是将机械速度转变为电压.信号,在自动控制系统和计算装置中作为检测元件、校正元件等。如在恒速控制系统中,测速发电机将速度转换为电压信号作为反馈信号,达到调节速度的作用。

步进电机是利用电磁铁的作用原理,将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲,步进电机转动一定角度,带动机械移动一小段距离。
特点: 
(1)来一个脉冲,转一个步距角。
(2)控制脉冲频率,可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序,可改变转动方向。
由于步进电动机的这一工作职能正好符合数字控制系统要求,因此它在数控机床、钟表工业及自动记录仪等方面都有很广泛的应用
种类:励磁式和反应式两种。
区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈,依靠电磁转矩工作。反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。依靠变化的的磁阻生成磁阻转矩工作。反应式步进电机的应用最广泛,它有两相、三相、多相之分。这里主要讨论三相反应式步进电动机的结构和工作原理。

从结构上看,自动控制系统分为开环控制和闭环控制两类。
开环控制系统结构简单,控制对象按照控制指令工作,但不能根据输出结果自动调节,仅用于对控制精度要求不高的场合。
闭环控制系统结构比较复杂。把输出信号的一部分通过反馈环节引回到输入端,与给定信号比较,得到误差信号,再送入控制对象去调节输出结果。如此反复循环,直至误差为零。这种控制是通过反馈来实现的,所以也叫做反馈控制系统。
闭环控制系统(反馈控制系统)的各个基本环节如下所示:
系统中各部分的作用如下:
给定元件-把控制指令变成给定值。它与被调量存在着一定的函数关系。 改变给定值,即可改变被调量。
检测元件-把被调量检测出来,按一定的函数关系反馈到输入端。
比较元件-把反馈信号Ur与给定信号Ug,比较以获取误差信号Ud.
放大元件-当误差信号太微弱时,需要用放大元件把误差信号放大到足以推动执行元件的程度。
执行元件-直接推动控制对象改变被调量。控制对象由 执行元件推动的各种装置,如各种机械负载、发电机、加热炉、闸门等,相应的被调量就是转速、电压、温度、位移等。

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