西門子伺服電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

 上海西門子S7-200SMART模塊代理商

德國(guó)制造是全球所有認(rèn)可的，而西門子作為德國(guó)企業(yè)的的代表之一，其質(zhì)量是毋庸置疑的。客戶的口碑是選擇西門子系統(tǒng)的有力佐證：西門子伺服系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)定位和精確的運(yùn)動(dòng)控制序列，而豐富的西門子伺服電機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊，可實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)特性和運(yùn)行效率。

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一、西門子伺服電機(jī)分為交流伺服和直流伺服兩大類

交流伺服電機(jī)的基本構(gòu)造與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)）相似。在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的勵(lì)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(dá)到控制電機(jī)運(yùn)行的目的。交流伺服電機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于10％～15％和小于15％～25％）等特點(diǎn)。

直流伺服電機(jī)基本構(gòu)造與一般直流電動(dòng)機(jī)相似。電機(jī)轉(zhuǎn)速n＝E／K1j＝（Ua－IaRa）／K1j，式中E為電樞反電動(dòng)勢(shì)，K為常數(shù)，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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)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(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組被磁鐵所取代，磁通φ恒定。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng)。

二、西門子直流伺服電機(jī)和西門子交流伺服電機(jī)和優(yōu)缺點(diǎn)

1）直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：速度控制精確，轉(zhuǎn)矩速度特性很硬，控制原理簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格便宜。

缺點(diǎn)：電刷換向，速度限制，附加阻力，產(chǎn)生磨損微粒（無塵易爆環(huán)境不宜）

2）交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：速度控制特性良好，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發(fā)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(yùn)行區(qū)域內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護(hù)（適用于無塵、易爆環(huán)境）

缺點(diǎn)：控制較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整PID參數(shù)確定，需要更多的連線。

三、西門子伺服電機(jī)原理

交流伺服電動(dòng)機(jī)

交流伺服電動(dòng)機(jī)定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)相似。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的繞組，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個(gè)是控制繞組L，聯(lián)接控制信號(hào)電壓Uc。所以交流伺服電動(dòng)機(jī)又稱兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)。

交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。目前應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式：一種是采用高電阻率的導(dǎo)電材料做成的高電阻率導(dǎo)條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，轉(zhuǎn)子做得細(xì)長(zhǎng)；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁僅0.2-0.3mm，空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小，反應(yīng)迅速，而且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此被廣泛采用。

交流伺服電動(dòng)機(jī)在沒有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓時(shí)，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)，在負(fù)載恒定的情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當(dāng)控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動(dòng)機(jī)將反轉(zhuǎn)。

交流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式單相異步電動(dòng)機(jī)雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動(dòng)機(jī)與電容運(yùn)轉(zhuǎn)式異步電動(dòng)機(jī)相比，有三個(gè)顯著特點(diǎn)：

l起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大：由于轉(zhuǎn)子電阻大，使轉(zhuǎn)矩特性（機(jī)械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。因此，當(dāng)定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)，即具有起動(dòng)快、靈敏度高的特點(diǎn)。

l運(yùn)行范圍寬：運(yùn)行平穩(wěn)、噪音小。

l無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：運(yùn)轉(zhuǎn)中的伺服電動(dòng)機(jī)，只要失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

1、交流伺服電機(jī)

（1）籠型兩相交流伺服電機(jī)（細(xì)長(zhǎng)籠型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵(lì)磁電流小、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)不夠平滑）

（2）非磁性杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)（空心杯轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、體積和勵(lì)磁電流較大、小功率伺服、低速運(yùn)轉(zhuǎn)平滑）

（3）鐵磁杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)（鐵磁材料杯型轉(zhuǎn)子、機(jī)械特性近似線性、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大、齒槽效應(yīng)小、運(yùn)行平穩(wěn)）

（4）同步型永磁交流伺服電機(jī)（由永磁同步電機(jī)、測(cè)速機(jī)及位置檢測(cè)元件同軸一體機(jī)組，定子為3相或2相，磁性材料轉(zhuǎn)子，必須配驅(qū)動(dòng)器；調(diào)速范圍寬、機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)和恒功率區(qū)組成，可連續(xù)堵轉(zhuǎn)，快速相應(yīng)性能好，輸出功率大，轉(zhuǎn)矩波動(dòng)小；有方波驅(qū)動(dòng)和正弦波驅(qū)動(dòng)兩種方式，控制性能好，為機(jī)電一體化產(chǎn)品）

（5）異步型三相交流伺服電機(jī)（轉(zhuǎn)子與籠型異步電機(jī)相似，必須配驅(qū)動(dòng)器，采用矢量控制，擴(kuò)大了恒功率調(diào)速范圍，多用于機(jī)床主軸調(diào)速系統(tǒng)）

2、直流伺服電機(jī)

（1）印制繞組直流伺服電機(jī)（盤形轉(zhuǎn)子、盤形定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，無齒槽效應(yīng)，無飽和效應(yīng)，輸出轉(zhuǎn)矩大）

（2）線繞盤式直流伺服電機(jī)（盤形轉(zhuǎn)子、定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，控制性能優(yōu)于其他直流伺服電機(jī)，效率高，輸出轉(zhuǎn)矩大）

（3）杯型電樞永磁直流電機(jī)（空心杯轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，適用于增量運(yùn)動(dòng)伺服系統(tǒng)）

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

3、力矩電機(jī)

（1）直流力矩電機(jī)（扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)換向片數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多；輸出轉(zhuǎn)矩大，低速或堵轉(zhuǎn)下可連續(xù)工作，機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好，機(jī)電時(shí)間常數(shù)小）

（2）無刷直流力矩電機(jī)（與無刷直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，但為扁平狀，極數(shù)槽數(shù)串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多；輸出轉(zhuǎn)矩大，機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好，壽命長(zhǎng)，無火花，噪聲低）

（3）籠型交流力矩電機(jī)（籠型轉(zhuǎn)子，扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)多，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，機(jī)電時(shí)間常數(shù)小，可長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)運(yùn)行，機(jī)械特性較軟）

（4）實(shí)心轉(zhuǎn)子交流力矩電機(jī)（鐵磁材料實(shí)心轉(zhuǎn)子，扁平結(jié)構(gòu)，極數(shù)槽數(shù)多，可長(zhǎng)期堵轉(zhuǎn)，運(yùn)行平滑，機(jī)械特性較軟）

4、步進(jìn)電機(jī)

（1）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成，轉(zhuǎn)子鐵心上無繞組，定子上有控制繞組；步距角小，啟動(dòng)與運(yùn)行頻率較高，步距角精度較低，無自鎖力矩）

（2）永磁步進(jìn)電機(jī)（永磁式轉(zhuǎn)子，徑向磁化極性；步距角大，啟動(dòng)與運(yùn)行頻率低，有保持轉(zhuǎn)矩，消耗功率比反應(yīng)式小，但須供正、負(fù)脈沖電流）

（3）混合式步進(jìn)電機(jī)（永磁式轉(zhuǎn)子，軸向磁化極性；步距角精度高，有保持轉(zhuǎn)矩，輸入電流小，兼有反應(yīng)式和永磁式兩者的優(yōu)點(diǎn)）

5、開關(guān)磁阻電機(jī)

（定轉(zhuǎn)子均由硅鋼片疊成，都為凸極式，與極數(shù)相接近的大步距反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)相似，帶有轉(zhuǎn)子位置傳感器，轉(zhuǎn)矩方向與電流方向無關(guān)，調(diào)速范圍小，噪聲大，機(jī)械特性由恒轉(zhuǎn)矩區(qū)、恒功率區(qū)、串勵(lì)特性區(qū)三部分組成）

交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動(dòng)機(jī)具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機(jī)械特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)的性能，它與普通電動(dòng)機(jī)相比，應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小這兩個(gè)特點(diǎn)。

SIEMENS伺服電機(jī)的性能比較

??SIEMENS伺服電機(jī)電機(jī)作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的。在目前國(guó)內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機(jī)也越來越多地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應(yīng)數(shù)字控制的發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中大多采用步進(jìn)電機(jī)或全數(shù)字式交流伺服電機(jī)作為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號(hào)），但在使用性能和應(yīng)用場(chǎng)合上存在著較大的差異。現(xiàn)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(jìn)電機(jī)步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產(chǎn)的二相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)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(jìn)電機(jī)的步距角。 交流伺服電機(jī)的控制精度由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn)2000線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為360°/8000=0.045°。對(duì)于帶17位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收131072個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進(jìn)電機(jī)的脈沖當(dāng)量的1/655。 二、低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率為電機(jī)空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一般應(yīng)采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等。 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能（FFT），可檢測(cè)出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整。 三、矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其zui高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。 四、過載能力不同 步進(jìn)電機(jī)一般不具有過載能力。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機(jī)因?yàn)闆]有這種過載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機(jī)，而機(jī)器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 五、運(yùn)行性能不同?步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時(shí)轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 六、速度響應(yīng)性能不同 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機(jī)為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場(chǎng)合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進(jìn)電機(jī)。但在一些要求不高的場(chǎng)合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dāng)?shù)目刂齐姍C(jī)。

供應(yīng)商信息
上海卓曙自動(dòng)化設(shè)備有限公司
上海卓曙自動(dòng)化設(shè)備有限公司是一家專業(yè)從事西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品和數(shù)控系統(tǒng)銷售、技術(shù)服務(wù)及培訓(xùn)的工程服務(wù)公司。 在西門子工業(yè)自動(dòng)化產(chǎn)品領(lǐng)域，公司憑借雄厚的技術(shù)實(shí)力及多年從事 西門子產(chǎn)品的銷售經(jīng)驗(yàn)，本著樹立公司形象和對(duì)用戶認(rèn)真負(fù)責(zé)的精神開展業(yè)務(wù)，贏得了 西門子公司與廣大用戶的好評(píng)及大力支持， “信譽(yù)，客戶至上”是公司成立之初所確立的宗旨，在公司領(lǐng)導(dǎo)的嚴(yán)格要求和員工們不折不扣地貫徹執(zhí)行下發(fā)展延續(xù)至今。“假一罰十”一直是我公司的主動(dòng)承諾。 面對(duì)紛繁變化的市場(chǎng)和日益嚴(yán)峻的競(jìng)爭(zhēng)，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(duì)各行業(yè)客戶的不同需求我們盡可能地為您***為關(guān)心的問題和***迫切需要解決的難題提供訂制的服務(wù)和專業(yè)的解決方案，竭盡全力地將對(duì)客戶的服務(wù)落到實(shí)處，做到，在協(xié)助客戶解決難題、實(shí)現(xiàn)突破的基礎(chǔ)上，獲得雙贏，攜手進(jìn)步！ 我公司致力于專業(yè)推廣西門子高性能自動(dòng)化系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，所經(jīng)營(yíng)產(chǎn)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(jī)，編程器；工業(yè)PROFIBUS、以太網(wǎng)及無線通訊等相關(guān)產(chǎn)品；正版PCS7 軟件、WINCC組態(tài)軟件、STEP 7編程軟件；SITOP工業(yè)開關(guān)電源；通用型、工程型變頻器，直流調(diào)速裝置等。隨著技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)品的更替，*的出現(xiàn)層出不窮，我公司也緊隨西門子腳步爭(zhēng)取為廣大客戶提供的自動(dòng)化產(chǎn)品：SIMATIC S7-1200系列PLC；SIMATIC BASIC HMI面板；G120、G130、G150、S120等全新SINAMICS家族驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品；PCS7 V7.1和的STEP7 Basic平臺(tái)軟件等。公司各類產(chǎn)品齊全，貨量充足，能夠滿足客戶緊急大量現(xiàn)貨需求，保證工期進(jìn)度。 在售前、售后、工程調(diào)試階段，我們都會(huì)為客戶提供專業(yè)技術(shù)工程師的全程服務(wù)。用我們真摯的熱情和精湛的技術(shù)為客戶創(chuàng)造更大的價(jià)值。 請(qǐng)相信上海卓曙自動(dòng)化設(shè)備有限公司是您忠誠(chéng)的長(zhǎng)久的合作伙伴，我們?cè)概c廣大客戶攜手向前，共同進(jìn)步！

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