西門子伺服電機的優勢

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德國制造是全球所有認可的，而西門子作為德國企業的的代表之一，其質量是毋庸置疑的?？蛻舻目诒沁x擇西門子系統的有力佐證：西門子伺服系統可實現動態定位和精確的運動控制序列，而豐富的西門子伺服電機產品結構緊湊，可實現的動態特性和運行效率。

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一、西門子伺服電機分為交流伺服和直流伺服兩大類

交流伺服電機的基本構造與交流感應電動機（異步電機）相似。在定子上有兩個相空間位移90°電角度的勵磁繞組Wf和控制繞組WcoWf，接恒定交流電壓，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化，達到控制電機運行的目的。交流伺服電機具有運行穩定、可控性好、響應快速、靈敏度高以及機械特性和調節特性的非線性度指標嚴格（要求分別小于10％～15％和小于15％～25％）等特點。

直流伺服電機基本構造與一般直流電動機相似。電機轉速n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j，式中E為電樞反電動勢，K為常數，j為每極磁通，Ua、Ia為電樞電壓和電樞電流，Ra為電樞電阻，改變Ua或改變φ，均可控制直流伺服電動機的轉速，但一般采用控制電樞電壓的方法，在永磁式直流伺服電動機中，勵磁繞組被磁鐵所取代，磁通φ恒定。直流伺服電動機具有良好的線性調節特性及快速的時間響應。

二、西門子直流伺服電機和西門子交流伺服電機和優缺點

1）直流伺服電機的優點和缺點

優點：速度控制精確，轉矩速度特性很硬，控制原理簡單，使用方便，價格便宜。

缺點：電刷換向，速度限制，附加阻力，產生磨損微粒（無塵易爆環境不宜）

2）交流伺服電機的優點和缺點

優點：速度控制特性良好，在整個速度區內可實現平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發熱少，高速控制，高精確度位置控制（取決于編碼器精度），額定運行區域內，可實現恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護（適用于無塵、易爆環境）

缺點：控制較復雜，驅動器參數需要現場調整PID參數確定，需要更多的連線。

三、西門子伺服電機原理

交流伺服電動機

交流伺服電動機定子的構造基本上與電容分相式單相異步電動機相似。其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。

交流伺服電動機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁僅0.2-0.3mm，空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩，因此被廣泛采用。

交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內只有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動。當有控制電壓時，定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉，在負載恒定的情況下，電動機的轉速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉。

交流伺服電動機的工作原理與電容運轉式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與電容運轉式異步電動機相比，有三個顯著特點：

l起動轉矩大：由于轉子電阻大，使轉矩特性（機械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉矩。因此，當定子一有控制電壓，轉子立即轉動，即具有起動快、靈敏度高的特點。

l運行范圍寬：運行平穩、噪音小。

l無自轉現象：運轉中的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉。

1、交流伺服電機

（1）籠型兩相交流伺服電機（細長籠型轉子、機械特性近似線性、體積和勵磁電流小、小功率伺服、低速運轉不夠平滑）

（2）非磁性杯型轉子兩相交流伺服電機（空心杯轉子、機械特性近似線性、體積和勵磁電流較大、小功率伺服、低速運轉平滑）

（3）鐵磁杯型轉子兩相交流伺服電機（鐵磁材料杯型轉子、機械特性近似線性、轉子轉動慣量大、齒槽效應小、運行平穩）

（4）同步型永磁交流伺服電機（由永磁同步電機、測速機及位置檢測元件同軸一體機組，定子為3相或2相，磁性材料轉子，必須配驅動器；調速范圍寬、機械特性由恒轉矩區和恒功率區組成，可連續堵轉，快速相應性能好，輸出功率大，轉矩波動小；有方波驅動和正弦波驅動兩種方式，控制性能好，為機電一體化產品）

（5）異步型三相交流伺服電機（轉子與籠型異步電機相似，必須配驅動器，采用矢量控制，擴大了恒功率調速范圍，多用于機床主軸調速系統）

2、直流伺服電機

（1）印制繞組直流伺服電機（盤形轉子、盤形定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉子轉動慣量小，無齒槽效應，無飽和效應，輸出轉矩大）

（2）線繞盤式直流伺服電機（盤形轉子、定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉子轉動慣量小，控制性能優于其他直流伺服電機，效率高，輸出轉矩大）

（3）杯型電樞永磁直流電機（空心杯轉子，轉子轉動慣量小，適用于增量運動伺服系統）

（4）無刷直流伺服電機（定子為多相繞組，轉子為永磁式，帶轉子位置傳感器，無火花干擾，壽命長，噪聲低）

3、力矩電機

（1）直流力矩電機（扁平結構，極數槽數換向片數串聯導體數多；輸出轉矩大，低速或堵轉下可連續工作，機械和調節特性好，機電時間常數小）

（2）無刷直流力矩電機（與無刷直流伺服電機結構相似，但為扁平狀，極數槽數串聯導體數多；輸出轉矩大，機械和調節特性好，壽命長，無火花，噪聲低）

（3）籠型交流力矩電機（籠型轉子，扁平結構，極數槽數多，啟動轉矩大，機電時間常數小，可長期堵轉運行，機械特性較軟）

（4）實心轉子交流力矩電機（鐵磁材料實心轉子，扁平結構，極數槽數多，可長期堵轉，運行平滑，機械特性較軟）

4、步進電機

（1）反應式步進電機（定轉子均由硅鋼片疊成，轉子鐵心上無繞組，定子上有控制繞組；步距角小，啟動與運行頻率較高，步距角精度較低，無自鎖力矩）

（2）永磁步進電機（永磁式轉子，徑向磁化極性；步距角大，啟動與運行頻率低，有保持轉矩，消耗功率比反應式小，但須供正、負脈沖電流）

（3）混合式步進電機（永磁式轉子，軸向磁化極性；步距角精度高，有保持轉矩，輸入電流小，兼有反應式和永磁式兩者的優點）

5、開關磁阻電機

（定轉子均由硅鋼片疊成，都為凸極式，與極數相接近的大步距反應式步進電機結構相似，帶有轉子位置傳感器，轉矩方向與電流方向無關，調速范圍小，噪聲大，機械特性由恒轉矩區、恒功率區、串勵特性區三部分組成）

交流伺服電機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。

SIEMENS伺服電機的性能比較

??SIEMENS伺服電機電機作為一種開環控制的系統，和現代數字控制技術有著本質的。在目前國內的數字控制系統中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統的出現，交流伺服電機也越來越多地應用于數字控制系統中。為了適應數字控制的發展趨勢，運動控制系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異?，F就二者的使用性能作一比較。 一、控制精度不同 兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。 交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以三洋全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。 二、低頻特性不同 步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。 交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統調整。 三、矩頻特性不同 步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其zui高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。 四、過載能力不同 步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺服系統為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其zui大轉矩為額定轉矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。 五、運行性能不同?步進電機的控制為開環控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統為閉環控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環和速度環，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。 六、速度響應性能不同 步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 綜上所述，交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以，在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。

供應商信息
上海卓曙自動化設備有限公司
上海卓曙自動化設備有限公司是一家專業從事西門子工業自動化產品和數控系統銷售、技術服務及培訓的工程服務公司。 在西門子工業自動化產品領域，公司憑借雄厚的技術實力及多年從事 西門子產品的銷售經驗，本著樹立公司形象和對用戶認真負責的精神開展業務，贏得了 西門子公司與廣大用戶的好評及大力支持， “信譽，客戶至上”是公司成立之初所確立的宗旨，在公司領導的嚴格要求和員工們不折不扣地貫徹執行下發展延續至今。“假一罰十”一直是我公司的主動承諾。 面對紛繁變化的市場和日益嚴峻的競爭，客戶的需求和利益始終被我們放在工作的首位。“想客戶之所想，急客戶之所急”，針對各行業客戶的不同需求我們盡可能地為您***為關心的問題和***迫切需要解決的難題提供訂制的服務和專業的解決方案，竭盡全力地將對客戶的服務落到實處，做到，在協助客戶解決難題、實現突破的基礎上，獲得雙贏，攜手進步！ 我公司致力于專業推廣西門子高性能自動化系統和驅動產品，所經營產品范圍包括：LOGO!通用模塊；SIMATIC S7-200、S7-300、S7-400系列可編程控制器； SIMATIC HMI面板，工控機，編程器；工業PROFIBUS、以太網及無線通訊等相關產品；正版PCS7 軟件、WINCC組態軟件、STEP 7編程軟件；SITOP工業開關電源；通用型、工程型變頻器，直流調速裝置等。隨著技術的發展和產品的更替，*的出現層出不窮，我公司也緊隨西門子腳步爭取為廣大客戶提供的自動化產品：SIMATIC S7-1200系列PLC；SIMATIC BASIC HMI面板；G120、G130、G150、S120等全新SINAMICS家族驅動產品；PCS7 V7.1和的STEP7 Basic平臺軟件等。公司各類產品齊全，貨量充足，能夠滿足客戶緊急大量現貨需求，保證工期進度。 在售前、售后、工程調試階段，我們都會為客戶提供專業技術工程師的全程服務。用我們真摯的熱情和精湛的技術為客戶創造更大的價值。 請相信上海卓曙自動化設備有限公司是您忠誠的長久的合作伙伴，我們愿與廣大客戶攜手向前，共同進步！

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