交流感应电动机和永磁直流电动机之间的区别曾经相当清楚。交流电机用于高马力的应用,如压缩机、泵、鼓风机和散装装卸输送机。直流伺服电机适用于低马力、高扭矩、高循环和精确定位的应用,如机床和拾取机械。

如今,这种区别不那么明显了。伺服电机正在渗入高马力的应用领域,而交流电机正在越来越多地用于高性能应用。带宽和处理能力的通用变频驱动器(vfd)增加,交流汽车被使用在应用程序,如托盘堆垛机和传输线路,伺服马达通常占主导地位,Mike Rucinski说,应用工程经理的驱动器和运动Div.日本安川电气美国公司。

这对注重成本的机器设计师来说可能是个好消息,因为直流伺服电机的成本在过去5年飙升。交流感应电机比伺服电机便宜,而且供应商也不缺。

变频器通过改变施加在定子上的频率和电压来调节三相交流感应电动机的速度和转矩。vfd的一个主要好处是节省能源。vfd可以设置为在应用程序以低于满负荷运行时减少电机的功耗。软起步是另一个好处。vfd可以编程启动电机缓慢和平稳,减少磨损的皮带,齿轮和轴承。

几种新的控制技术使交流感应电机的性能更像伺服电机。其中之一是强迫。在交流电动机中,定子中移动的电磁场会感应到转子中导电棒中的电流。这些电流反过来又产生电磁场,电磁场被定子内的磁场所吸引,从而导致转子转动。结果,转子的转速比电磁场的转速要慢。这就是所谓的滑倒。

因为它的永磁体,伺服电机没有这个问题。扭矩是瞬时的。磁场强迫是一种方法,以获得更快速的扭矩生产交流电机。Rucinski解释说:“在电机的初始激励下,VFD会将电压提升到正常需要的水平,努力迫使电流以更快的速度流入电机。”“不用等待100到150毫秒来建立磁化电流,磁场强制可以将其缩短到50毫秒。通过施加更高的电压,产生扭矩的电流建立得更快。”

促进交流电机性能的另一种技术是前馈控制。在传统的VFD中,比例积分控制器在基于来自电动机的反馈计算速度误差之后产生扭矩参考。该技术的一个问题是“整体的趋势”。在设定点的大变化之后,积分项可以累积大于最大速度值的误差。结果,系统过度了目标。

通过前馈控制,VFD利用电机和负载惯性的信息立即产生扭矩参考。这有点像你家里的恒温器检测到你没关门,然后在房子变得太冷之前打开炉子。

Rucinski说:“前馈控制不是等待控制器集成并产生扭矩参考,而是立即在扭矩参考上添加一个阶跃变化。”“这就产生了快速的扭矩,而不需要控制器上的高增益。”

VFD控制的另一个进步被称为“零伺服”控制。一般情况下,交流电机只需关闭电源就会停止工作。电机停止产生扭矩,然后使用某种机械系统,如摩擦制动器,来停止电机并保持负载在适当的位置。

零伺服控制允许变频器暂时停止电机而不断开它。马达本身起制动作用。Rucinski强调,这个功能只能在短时间内使用。“即使电机不旋转,仍然有电流通过它,”他说。“许多交流电机都有轴装冷却风扇。如果轴不转动,就没有空气流过马达,就会过热。”