西门子伺服电机1FL6096-1AC61-2LB1

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在终端市场上，利用无刷直流电机（或简称为BLDC）技术取代交流电机或率的机械泵已经取得了重大进展。

相对于交流电机，使用BLDC的优点包括：更高的功效和热效率、体积较小、性能更可靠。此外，由于BLDC利用电子换向来代替传统的机械换向，使应用速度范围变得更容易控制扭矩和速度参数，也可以实现一些更复杂的控制如维持扭矩或速度极限。正是由于这些优点，BLDC正在进入越来越多的现有的和新兴的应用。

BLDC电机控制中的度传感器

为了实现电机的精确控制和换向，高分辨率电流和旋转位置信息至关重要。一般旋转器的系统设计虽然可达到较高的分辨率和精度，但仍然要考虑实体占用空间大及成本高的问题。

无传感器方案可用于检测反电动势电流，还可以降低传感器重量和成本，但由于无法得到有效的位置数据来产生反电动势，电机启动性能可能存在问题。

其他解决方案，例如利用三个霍尔效应传感器来检测电机磁铁的位置，通常用于成本敏感的应用中。在这种情况下，虽然实现了分辨率，但必须同时监视三组信号。在空间不足的情况下，传感器的安装也会成为技术上的挑战，这也是另一种潜在的问题。

另一种方案是使用基于异性磁阻 (AnisotropicMagneto-Resistive，或简称AMR)技术的度传感器 (AngleSensor)。

AMR技术是磁感应用的一种，可实现高度精度，并且可将单个传感元件与电子电路集成在同一封装中。从而实现传感器系统的小型化，并且使得将传感器定位在电机组件内成为可能。

AMR与光学传感技术的比较

与传统光学传感技术比较，AMR技术可提供较小巧的外观、，并且更适合在恶劣环境下工作，例如肮脏及温度变化的工作环境中。表1列举了两者之间的比较，从中可以明显看出在无刷直流电机中使用AMR的优点

电机轴端系统配置 (b)电机轴侧系统配置

图3a是典型电机轴端系统，在旋转轴上安装了一个直径磁化盘式磁体，让磁体提供穿过传感器平面的磁场。在这种配置中，可直接读取转子度，而没有机械和电气组件之间的接触。

由于AMR技术不依赖于磁场强度(FieldStrength) ，因此它对于气隙变化(air-gapvariation) 有较大容忍度，使得工程师在对材料的选择，以及对磁体物料的机械公差要求上，更为灵活。

图3b是轴侧系统，此配置可用于那些待检测的轴不能在端头安装磁体的应用。在这种配置中，磁体提供磁场，传感器和磁化盘可以安装在轴上的任何位置，使得有空间限制的应用有多一种选择。

总结

对于工业和汽车BLDC电机控制系统的设计人员来说，磁感的度传感器提供了一个小巧、坚固且易于组装的位置传感解决方案。在选择度传感器时，需要注意以下三个要点：

i、能感应360° 旋转，可以准确测量绝对度位置(Absolute Angular Position)；

ii、度误差率较低；

iii、拥有线性稳定的误差率，以便主微控制器 (Microcontroller) 执行偏移校正的计算。

在安装上，度传感器也为工程师提供了跟具灵活性的安装方案，包括“轴端系统”配置及“轴侧系统”配置，以应对空间不足的应用场景。

SINAMICS G120变频器由控制单元（Control Unit）和功率模块（Power module）组成。

控制单元（Control Unit）用来控制并监测与其连接的电动机。控制单元有很多类型，可以通过不同的现场总线（比如：Modubus-RTU，Profibus-DP，ProfiNet，DeviceNet等等）与上层控制器（PLC）进行通信；

功率模块（Power module）用来为电机和控制模块提供电能，实现电能的整流与逆变功能，其铭牌上有额定电压、额定电流等技术数据。

 

G120的控制单元包括CU230系列、CU240系列和CU250系列。我们以CU240E-2PN为例，介绍下控制单元的命名规则：

CU：Control Unit的缩写，表示【控制单元】；

240：系列号；

E：经济型；其它类型包括：B（基本型）、S（型）、T（工艺型）、P（风机水泵型）。

2：表示SINAMICS开发平台；若名称中没有"2"则表示MicroMaster开发平台；

PN：支持ProfiNet总线；其它类型包括：HVAC（USS，Modbus-RTU）、DP（Profbus-DP总线）、IP（Ethernet-IP协议）、DEV（DeviceNet总线）、CAN（CANopen协议）；

 

如果控制单元集成了故障安全功能，则会在名称后面加上"F"，比如：CU240E-2PN-F。下面这张图，是CU240E-2PN板的外观图：

 

控制单元可以安装两种不同的操作面板：BOP和IOP。BOP是英文“Basic Operator Panel”的缩写，中文翻译为“基本操作面板”。BOP有一块小的液晶显示屏，用来显示参数、诊断数据等信息；面板的下方有“自动/手动”、“确认/退出”等按键，可以用来设置变频器的参数并进行简单的功能测试。BOP-2面板的外观如下图：

 

IOP是英文“Intelligent Operator Panel”的缩写，中文翻译为“智能操作面板”。IOP的显示液晶屏比BOP的大，采用文本和图形显示，界面提供参数设置、调试向导、诊断及上传/下载功能，有助于直观地操作和诊断变频器；IOP可直接卡紧在变频器上或者作为手持单元通过一根电缆和变频器相连，可通过面板上的手动/自动按钮及菜单导航按钮进行功能选择，操作简单方便。IOP-2的外观如下图：

SINAMICS G120的功率模块（Power Module）包括PM230、PM240和PM250。

功率模块根据其功率的不同，可以分为不同的尺寸类型：编号从FSA到FSF。其中FS表示“Frame Size”，即“模块尺寸”，A到F代表功率的大小（依次递增）