西门子模块6ES7231-0HF22-0XA0性能参数

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一个伺服系统，不单单是一个电机。它是一个闭环的运动系统控制工程网版权所有，包含了控制器、驱动器、电仪和反馈装置，通常一个还配有一个光学或磁编码器。

伺服系统能在采用永磁（permanent magnets ，pm)技术后同步机械，配以有刷或无刷pm电机，或在一个ac感应电机上建立异步机械系统。

永磁同步电机 有较高的峰值，以及持续的扭矩，适用于精确位移系统的高加速度和快速减速中的驱动伺服系统。扭矩与输入电流直接呈比例关系。电机轴速与输入的电压相关。输入电压越高，电机的速度就越高。扭矩和速度的比的曲线呈线性的。

永磁结构与电机气隙相关。如，无刷pm电机的结构，包含两个交互的磁结构，移动的转子（连接着永磁）和定子线圈产生电磁反应，从而出现电机的转矩和速度。

三相定子场能顺序产生能量，且pm转子跟随转子场一起完成同步运动。一个特定的补偿系统，用于转子位置，并为定子线圈加能量。无刷pm电机，在所有其他的电机中成为精确位移系统的首选，除了汽车应用以及超大电机系统中。无刷pm电机是仅有的系统，能用于闭环扭矩、速度或位移系统。

不同的转子

ac感应电机拥有pm无刷电机同样的物理特性

的定子，但它的转子结构完全不同。鼠笼结构的感应电机包含一系列的感应铝或铜条，放置在转子结构中控连接在末端线圈。

这些短转子条与定子的旋转磁场互有电磁耦合感应，产生一个新的转子场，并与定子场相互反应，形成转子运动。

在同步的定子和较慢的定子场，与实际的速度之间有差异。这个速度的差异就是所谓的滑差。输入的频率决定了电机的速度。

例如，一个60 hz、两极的ac感应电机，无负载时的速度近3,600 rpm，一个四极ac电机运行速度低于1,800 rpm，根据滑差值的不用而有所不同。当电机开始转矩时，滑差增加，速度降低。

ac感应电机会输出更多的转矩，随着速度的降低，直至负载达到故障点，此时电机速度会遽降至零。一个固有的ac电机性能特点是，起始的转矩较小，必须在电机起始时卸去负载。

随着20世纪80年底电子驱动的出现，电机特有的转矩-速度性能曲线，也发生了很大的改变。变频器的性能是，同时改变电压和频率，使用可调节或可变化的速度驱动，就能重新构建了转矩-速度曲线，ac感应电机是速度系统的主要环节。

如何使用

驱动技术在性能上的持续提高，将无刷pm和ac感应电机，也带入了驱动市场的竞争，但是无刷pm电机仍然在控制领域中占主导地位。ac感应电机不适应在低速和高速中使用。

在伺服位移系统中使用一个无刷pm电机，通常采用50 kw (67 hp)或更高的功率的系统。ac感应电机通常在恒速或变速系统中。混合的方案系统比较少见。其他电机也能部分实现，但是在性能上超过ac感应电机或无刷pm电机的方案较少。

无刷pm电机在速度控制中，对1 kw (1.37 hp)的dc有刷电机的速度控制或更小功率的应用市场中造成了一定的冲击。而ac感应电机则掌控了大部分的大于1mw的应用。

随着的飞速发展，变频调速的性能指标完全可以达到甚至超过直流电机调速系统。通过调节输入驱动器的脉冲频率以及驱动器的细分参数来达到调节转速的作用，其实就是控制单位时间内步进电机的步数。

一、改变极对数调速：优点：①无附加转差损耗，效率高; ②控制电路简单，易维修，价格低; ③与定子调压或电磁转差离合器配合可得到效率较高的平滑调速。缺点：有级调速，不能实现无级平滑的调速，并且由于受到电机结构和制造工艺的限制，通常只能实现2～3种极对数的有级调速，调速范围相当有限。

二、变频调速：优点：①无附加转差损耗，效率高，调速范围宽; ②对于低负载运行时间较长，或起、停较频繁的场合，可以达到节电和保护电机的目的。缺点：技术较复杂，价格较高。

三、换向器电机调速：优点：①具有交流同步电机结构简单和直流电机良好的调速性能; ②低速时用电压、高速时用步进电机反电势自然换流，运行可靠; ③无附加转差损耗，效率高，适用于高速大容量同步电机的启动和调速。缺点：过载能力较低，原有电机的容量不能充分发挥。

四、串级调速：优点：①可以将调程中产生的转差能量加以回馈利用。效率高; ②装置容量与调速范围成正比，适用于70%～95%的调速。缺点：功率因素较低，有谐波干扰，正常运行时无制动转矩，适用于单象限运行的负载。

五、定子调压调速：优点：①线路简单，装置体积小，价格便宜; ②使用、维修方便。缺点：①调程中增加转差损耗，此损耗使转子发热，效率较低; ②调速范围比较小; ③要求采用高转差电机，比如特殊设计的力矩电机，所以特性较软，一般适用于55kw以下的异步电机。

六、电磁转差离合器调速：优点：①结构简单，控制装置容量小，价值便宜; ②运行可靠，维修容易; ③无谐波干扰。缺点：①速度损失大，因为电磁转差离合器本身转差较大，所以输出轴的*高转速仅为电机同步转速的80%～; ②调程中转差功率全部转化成热能形式的损耗，效率低。

七、转子串电阻调速：优点：①技术要求较低，易于掌握; ②设备费用低; ③无电磁谐波干扰。缺点：①串铸铁电阻只能进行有级调速。若用液体电阻进行无级调速，则维护、保养要求较高; ②调程中附加的转差功率全部转化为所串电阻发热形式的损耗，效率低。 ③调速范围不大。

直线电机用于机床进给系统可能会出现以下四种问题：

(1)发热问题

由于直线电机直接处于散热条件较差的机床内部，其初、次级绕组在进行电磁能量转换过程中所产生的热量，极易使温度t升高;并且t的升高又将引起电机绕组阻值r增大，该时为确保驱动力输出不变，就要增大其电流i，反过来i的增大又将使t升高，从而形成恶性循环的正反馈过程。又由于直线电机的绕组、铁芯就贴在机床导轨上，其结果将严重引起机床导轨热变形。

这与旋转电机传动方式相比，一方面利用电机本身轴上的风扇即能较好地散热，另一方面旋转电机经丝杠等传动后，到机床导轨的空间距离已较远，也就不存在由此引起的热变形问题。所以机床进给系统采用直线驱动后，解决好其散热问题是至关重要的一步。

(2)隔磁及防护问题

由于旋转电机磁场是封闭式的，而直线电机磁场是敞开式的，并且就在机床工作台附近，其工件、切屑和工具等磁性材料很容易被该磁场吸住，而妨碍其正常工作。为此，虽然采用电磁式要比永磁式好一点，但其隔磁防护仍不能忽视。并且还需考虑对机床冷却液、润滑油等的防护。

(3)负载干扰问题

直线电机传动控制只能是全闭环控制。其工作台负载(工件重量、切削力等)的变化，对一个稳定系统来说就是外界干扰，若自动调节不好就会引起系统震荡而失稳。

因此对整个直线进给驱动系统来讲，除了要求直线电机有较强的带负载能力外，还必须同时具备速度、位置负反馈，和高速信息传输、校正、响应能力。并且也应尽量减小导轨间的摩擦阻尼，如采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨。另外在加大直线电机容量的同时，若适当增加工作台自重，对减小其负载干扰系数会有一定作用。

(4)垂直进给中的自重问题

当直线步进电机应用于垂直进给机构时，由于存在拖板自重，因此必须解决好直线电机断电时的自锁问题和通作时重力加速度对其影响问题。为此，除了增加合适的平衡配重块(或用液压支承)，断电时采取机械自锁装置外，还必须在伺服驱动控制模块上采取相应的措施