東莞市-西門子代理商-PLC伺服電機驅動變頻器代理

驅動器驅動伺服電機，特別是永磁同步伺服電機時，必須要準確輸入電機參數。伺服電機的參數可以分為參考數據、物理數據、散熱數據以及電氣數據，如表所示。

伺服電機的重要數據

下面主要介紹電機的轉矩—速度特性。

電機的轉矩輸出能力主要受到熱量、機械以及電磁邊界條件等因素的影響。通常情況下，認為電機線圈的Zui高平均溫度為140℃。對于自冷電機，一般允許的Zui高環境溫度是40℃，所以通常將線圈的溫升定義為兩個擋次，即100K與60K，如圖2.1中兩條S1曲線所示，不允許電機長期運行在S1（100K）的曲線之上。可以看出，電機的輸出扭矩會隨電機轉速的上升而下降。如果是間隙性工作，即在10min內或者在1min內（小電機）有百分之幾的時間處于運行狀態，則其所能輸出的扭矩會提高。占空比越低，可輸出扭矩越高。

西門子永磁同步伺服電機扭矩與轉速關系圖

當然，不同廠家的電機，其轉矩—速度關系曲線可以用不同的方式來表達，下圖中顯示的是SEM HR7004電機的轉矩—速度關系圖。圖中，橫軸表示電機輸出扭矩能力，縱軸表示電機的Zui大轉速及額定轉矩。

SEM電機轉矩—速度關系曲線圖

電機電樞回路不同導致電機的電壓限制特性不同，例如西門子同步伺服電機訂貨號的第10位表示電壓的限制特性，同時也反映出電機的額定轉速。如下圖所示，其中序列號為K的電機額定轉速Zui高。在電機不弱磁的情況下，如果電機轉速超過了其額定轉速，則其輸出扭矩會急劇下降，不能超出虛線的左部。如果是在弱磁的條件下，則曲線的右側為弱磁區。

不同序列號電機的弱磁曲線

除了電樞回路不同，驅動器的電壓輸出也會影響電壓限制特性曲線，例如伺服驅動器S120的整流模塊，ALM類型相對于SLM類型的整流模塊其輸出電壓偏高，電機的輸出扭矩能力也會高一些，因此其電壓的限制曲線會隨驅動器輸出電壓能力產生平移 6 ，如下圖所示。

驅動直流電壓對電機弱磁曲線的影響

整流器                    

整流器的作用是將交流電轉換為直流電，然后將其傳遞到器件的核心電路。它的原理是，它可以通過整流交流電源的一個周期（正或負）或整流兩個周期來產生直流電源。前者被稱為半波整流器，因為它只整流電源波形的一半，而后者被稱為全波整流器，因為它整流了兩半或整個波形。整流器可以采用多種物理形式，例如固態二極管、真空管二極管、汞弧閥、可控硅整流器和各種其他硅基半導體開關。

因此對于伺服電機，在不同的驅動器輸出電壓情況下，其額定功率與額定轉速都不同。以1FT7電機為例，在3種不同驅動器輸出電壓的情況下，其扭矩—速度曲線如圖（a）、（b）、（c）所示。圖（a）、（b）、（c）所示分別是在不同的整流模塊與不同的進線電壓情況下不同的電機特性曲線。從圖中可以看出，對于進線電壓為400V的SML模塊[見圖（a）]，其整流后的直流母線電壓為400V×1.35＝540V；而對于進線電壓為400V的ALM模塊[見圖（b）]，其整流后的直流母線電壓為400V×1.5＝600V；對于進線電壓為480V的SLM模塊[見圖（c）]，其整流后的直流母線電壓為480V×1.35＝648V。因此可以看出，驅動器的輸出電壓能力越高，電機的輸出能力越強，其弱磁曲線越靠右平移。

3種整流模塊同種電機的扭矩特性

還可以得出，電機有兩條電壓限制特性曲線，一條由電樞回路決定，另一條是由電機模塊的直流電壓來限制的。很多情況下，二者不重合，如下圖所示。當轉速超過此電壓限制曲線時，電機開始進入弱磁區，但弱磁區也受到扭矩上限的限制。

電機的兩條電壓限制曲線

對于可以弱磁的電機控制來說，在超過電機的電壓限制特性曲線后，電機開始進入弱磁區，從下圖可以看出，S1曲線同弱磁區存在重疊區域，這說明在輸出扭矩很小的情況下，伺服電機可以長期工作在弱磁區。另外，由于變頻器的Zui大輸出頻率限制以及Zui大耐壓的限制，電機有驅動Zui大轉速限制，如果電機超出此速度，線圈產生的反電動勢可能對驅動器的逆變單元造成損傷。同時，由于轉子的離心力以及軸承非平衡受力，電機也存在機械Zui大轉速限制，通常機械Zui大轉速限制要高于驅動Zui大轉速限制。因此通常情況下，電機的轉速不會超出驅動Zui大轉速。

完整的電機扭矩特性

在用S120進行組態的過程中，參數P0348是電機開始弱磁控制的速度設定。在伺服控制中，不論是異步電機還是同步電機均存在弱磁控制方式，但同步電機沒有勵磁控制器，如下圖所示。

S120驅動器伺服模式下的弱磁控制

可以看出，同步電機在弱磁速度以下，勵磁電流的設定值均為零；而對于異步電機，在額定轉速以下，其勵磁電流在整個電機電流中占有一定的比例，比例的大小取決于電機。

需要注意的是，當選擇1FK或者是1FT電機時，有時P0348的值要高于電機的Zui大轉速，在這種情況下，電機運行的速度范圍內就不存在弱磁區，如下圖所示。例如選擇電機1FT7162-XAK7X，其開始在VDC ＝600V時弱磁的速度為9444r/min，但是其Zui大電機轉速為8000r/min。

不存在弱磁區的控制

電機靜態扭矩與過載能力也是衡量電機工作特性的一個重要因素。對于同等功率的伺服電機，1FW系列電機的靜態扭矩Zui大，其Zui大扭矩可以達到靜態扭矩的2倍。而1FK、1FT系列電機的靜態系列相差不多，但后者的Zui大扭矩要高于前者。通常情況下，1FT電機的Zui大扭矩可以達到靜態扭矩的4倍，1FK的Zui大扭矩可以達到靜態扭矩的3倍，如下圖所示。

幾種不同電機的靜態扭矩與Zui大扭矩

可以看出，1FT系列電機的過載能力Zui強，1FW系列電機的過載能力Zui弱。在選型過程中需要注意電機的過載能力。