现代永磁电动机及交流伺服系统的发展和应用
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微 持电棚 ２０ 第 期 ０ 年 ３ １
现 代 永 磁 电 动 机 及 交 流 伺 服 系 统 的 发 展 和 应 用
孙 运 旺
（ 台州学 院 ， 浙江 台州 ３７ ０ ） １０ ０
摘 要 ： 详 细 介 绍 了 现代 永 磁 电 动 机 及 伺 服 系 统 当前 的 发 展 和 应 用 情 况 ， 着 重 介 绍 了几 种 典 型 的应 用 及 较 并
厂 自动化 、 产 自动 化 不 可 缺少 的基 本 的现 代 技 术 生
装备 。
２交流伺服 系统 的现状及发展方 向
随着 现 代 化 生产 规 模 的 不断 扩 大 ， 行各 业 对 各 电气伺 服 系统 的需 求 日益 增 加 ， 对其 性 能提 出 了 并 更 高 的要求 。例如 ， 求 伺 服 系 统要 有 良好 的位 置 要 控 制 能力 ； 较快 的动 态 响应 能力 ； 高 的加 、 速 能 较 减 力 ； 有 比较宽 的调 速 范 围 ， 能够 频 繁 起 动 、 动 要 并 制 和正 反转切 换 ， 使其 在全 速度 范 围 内能够平 稳运 行 。
除此 之外 ， 磁 直 流 电 动 机 、 永 永磁 直 线 电动 机 、 永磁 步进 电动 机 、 磁伺 服 电动 机 、 磁 电动执 行器 永 永
域， 系统 中的计 算机 相 当于人 的大 脑 ， 负责 对所 有 的
信息 进行 数值计 算 、 逻辑 推 理 、 策 和判 断 ， 发 出 决 并
闭环控 制 ， 控 制 系统框 图如 图 １所示 。 其
由于各种 电动 机 的特 性 不 同 ， 驱 动 伺 服 系 统 特性 对 要求 也不 同 。 目前 ， 磁 电动机 发展 很快 ， 永 它具 有 功 率 密度 高 、 率 高 、 矩 大 ， 且 功 率 因数 也 较 高 。 效 转 并
控制 指令 。而 自动化 装 备执行 计 算机 发 出的运 动命 令 ， 要现代 永 磁 电动 机 和 机 电机 构 等 来 完 成 。接 需 受控 制命令 ， 控 制信 号 运 算 操 作 ， 高 执 行 能 力 ， 对 提 驱动执 行机 构运 动 ， 成 特定 任务 ， 完 这样 的系统需 要
收 稿 日期 ：０ ９ ０ —１ ２０－ ７ ０
改稿 现代工 业 自动化 技术 和装 备 涉及 到多 个学科 领
低 至 １ Ｏ ／ ｎ 最 小 永 磁 电 机 的 外 径 只 有 ０ ８ ． １ｒｍｉ ， ．
ｍ 长 度仅 １２ ｍ ｍ， ． ｍ。
我 国 已经 研 制 成 功 １０ ５ｋ 、ｐ＝ ２ Ｗ ２ ４极 的永 磁 同步 电 动机 ， 且 应用 在炼 钢厂 的风 机 、 泵 的驱动 并 水 中 ， 到 了可 观 的节能 效果 。 收
现代
１现 代 永 磁 电动 机 的现 状 及 其 发 展 趋 势
当前 工农 业 生产 以及 军事工 业 上常使 用 的 电动
机有 三类 ： 流 电动 机 、 流 电动 机 及 特 种 电动机 。 直 交
为此 ， 目前 的伺 服 驱 动 系统 已 由 ２ ０世纪 ５ ０年 代 ～
６ ０年代 的直 流 伺 服 系 统 逐 渐 转 变 成 交 流 伺 服 驱 动 系统 ； 并且 精密 的交 流 伺 服 系 统 已 由开 环控 制 变 成
等现 代永 磁 电动 机 及 其 执 行 机 构 目前 正 朝 着 大 容 量、 高转 速及微 特 型化 、 超低 转速 、 大转 矩方 向发 展 。
电气 、 气动 、 液压 和机 械等 装置 ； 受控 制命 令 ， 生 接 产
动力 ， 动机 构完 成特 定 的运 动 ， 就是 伺 服系统 的 驱 这 任 务 。为此 ， 现代 永 磁 电 动 机 和交 流 伺 服 系统 是 工
ＳＵＮ ｎ— ｎ Ｙｕ ｗａ ｇ
（ ａ ｈ ｕＵ ｉ ｒ ｔ， ａ ｈ ｕ３ ０ ， ｈｎ ） Ｔ ｉ ｏ ｎｖ ｓ ｙ Ｔ ｉ ｏ ０ ０ Ｃ ｉａ ｚ ｅｉ ｚ １ ７
Ａｂｓ ｒ ｔ Ｔｈｅ ｃ ｒｅ ｔｄ ｖ ｌｐ ｔａｃ ： ｕ ｒ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅｎ ｎｄ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｈ ｏ ｒ Ｓ ＆ ＡＣ－ｓ ￣ ｏ ｓ ｓｅ ｗａ ｎ ｒｄｕ ｅ ａ ｄ ｓ ｖ ｔａ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆｔ ｅ ｍ ｄｅ ｎ ＰＭ Ｍ ｅ ｙ ｔ ｍ ｓ ｉｔｏ ｃ ｄ． ｎ ｅ — ｅ ａ ｙ ｃ ｌａ ｐ ｉａ ｉｎ ｎ ｈ ｒ ｎ ｎ ｔ ｕ ｕ ｅ ｗｅｅ ｈ ｇ ｉ ｈｅ ｒ ｌｔｐｉａ ｐ ｌｃ ｔｏ ｓ ａ ｄ ｔｅ ｔｅ ｄ ｉ ｈｅｆ ｔ ｒ ｒ ｉｈｌｇ ｔｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｄ ＰＭ Ｓ ； Ｍ ＡＣ—ｓ ｒ ｏ ｓ ｓｅ ； ｇ ｔｌｃ ｔｏ ； ｕ ｌ ｒ ｅｖ ｙ ｔ ｍ ｄｉｉａ ｏｎｒ ｌ ｓ ｍｎ ａ
为此 ， 它不 论在 有功 消耗 ， 是无 功损 耗方 面都 优 于 还
大量使用的交流电动机 ， 以说现代永磁 电动机是 可 种 节能 降耗 的机 械产 品 。
一
目前 ， 现代 永 磁 同步 电动 机 单机 容 量 已经 超 过 １０ ０ｋ ， 高转 速 已超 过 ３ ００ ０ｒｍｉ， 低转 速 ０ Ｗ 最 ０ ０ ｎ 最 ／
今后发 展的趋势。
关键词 ： 永磁 同步 电动机 ； 交流伺服系统 ； 数字控制 ； 综述
中 图分 类 号 ： Ｍ３ １ Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０４ ７ １ （０ ０ ０ — ０ １ ０ １０ — ０ ８ ２ １ ）３ ０ ７ — ３
Ｄ ｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔ ａ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ Ａｐｐｌ ａ ｉ ｎ ｆｔ ｅ Ｍ ｏｄ ｒ ＰＭ Ｓ ｎｄ Ａ Ｃ －Ｓ ｒ ｓｅ ｉ ｔｏ ｏ ｈ ｃ ｅ ｎ Ｍ ａ ｅ ｖｏ Ｓｙ ｔ ｍ
现 代 永 磁 电 动 机 及 交 流 伺 服 系 统 的 发 展 和 应 用
孙 运 旺
（ 台州学 院 ， 浙江 台州 ３７ ０ ） １０ ０
摘 要 ： 详 细 介 绍 了 现代 永 磁 电 动 机 及 伺 服 系 统 当前 的 发 展 和 应 用 情 况 ， 着 重 介 绍 了几 种 典 型 的应 用 及 较 并
厂 自动化 、 产 自动 化 不 可 缺少 的基 本 的现 代 技 术 生
装备 。
２交流伺服 系统 的现状及发展方 向
随着 现 代 化 生产 规 模 的 不断 扩 大 ， 行各 业 对 各 电气伺 服 系统 的需 求 日益 增 加 ， 对其 性 能提 出 了 并 更 高 的要求 。例如 ， 求 伺 服 系 统要 有 良好 的位 置 要 控 制 能力 ； 较快 的动 态 响应 能力 ； 高 的加 、 速 能 较 减 力 ； 有 比较宽 的调 速 范 围 ， 能够 频 繁 起 动 、 动 要 并 制 和正 反转切 换 ， 使其 在全 速度 范 围 内能够平 稳运 行 。
除此 之外 ， 磁 直 流 电 动 机 、 永 永磁 直 线 电动 机 、 永磁 步进 电动 机 、 磁伺 服 电动 机 、 磁 电动执 行器 永 永
域， 系统 中的计 算机 相 当于人 的大 脑 ， 负责 对所 有 的
信息 进行 数值计 算 、 逻辑 推 理 、 策 和判 断 ， 发 出 决 并
闭环控 制 ， 控 制 系统框 图如 图 １所示 。 其
由于各种 电动 机 的特 性 不 同 ， 驱 动 伺 服 系 统 特性 对 要求 也不 同 。 目前 ， 磁 电动机 发展 很快 ， 永 它具 有 功 率 密度 高 、 率 高 、 矩 大 ， 且 功 率 因数 也 较 高 。 效 转 并
控制 指令 。而 自动化 装 备执行 计 算机 发 出的运 动命 令 ， 要现代 永 磁 电动 机 和 机 电机 构 等 来 完 成 。接 需 受控 制命令 ， 控 制信 号 运 算 操 作 ， 高 执 行 能 力 ， 对 提 驱动执 行机 构运 动 ， 成 特定 任务 ， 完 这样 的系统需 要
收 稿 日期 ：０ ９ ０ —１ ２０－ ７ ０
改稿 现代工 业 自动化 技术 和装 备 涉及 到多 个学科 领
低 至 １ Ｏ ／ ｎ 最 小 永 磁 电 机 的 外 径 只 有 ０ ８ ． １ｒｍｉ ， ．
ｍ 长 度仅 １２ ｍ ｍ， ． ｍ。
我 国 已经 研 制 成 功 １０ ５ｋ 、ｐ＝ ２ Ｗ ２ ４极 的永 磁 同步 电 动机 ， 且 应用 在炼 钢厂 的风 机 、 泵 的驱动 并 水 中 ， 到 了可 观 的节能 效果 。 收
现代
１现 代 永 磁 电动 机 的现 状 及 其 发 展 趋 势
当前 工农 业 生产 以及 军事工 业 上常使 用 的 电动
机有 三类 ： 流 电动 机 、 流 电动 机 及 特 种 电动机 。 直 交
为此 ， 目前 的伺 服 驱 动 系统 已 由 ２ ０世纪 ５ ０年 代 ～
６ ０年代 的直 流 伺 服 系 统 逐 渐 转 变 成 交 流 伺 服 驱 动 系统 ； 并且 精密 的交 流 伺 服 系 统 已 由开 环控 制 变 成
等现 代永 磁 电动 机 及 其 执 行 机 构 目前 正 朝 着 大 容 量、 高转 速及微 特 型化 、 超低 转速 、 大转 矩方 向发 展 。
电气 、 气动 、 液压 和机 械等 装置 ； 受控 制命 令 ， 生 接 产
动力 ， 动机 构完 成特 定 的运 动 ， 就是 伺 服系统 的 驱 这 任 务 。为此 ， 现代 永 磁 电 动 机 和交 流 伺 服 系统 是 工
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Ａｂｓ ｒ ｔ Ｔｈｅ ｃ ｒｅ ｔｄ ｖ ｌｐ ｔａｃ ： ｕ ｒ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅｎ ｎｄ ａ ｐ ｉａ ｉｎ ｏ ｈ ｏ ｒ Ｓ ＆ ＡＣ－ｓ ￣ ｏ ｓ ｓｅ ｗａ ｎ ｒｄｕ ｅ ａ ｄ ｓ ｖ ｔａ ｐ ｌｃ ｔｏ ｆｔ ｅ ｍ ｄｅ ｎ ＰＭ Ｍ ｅ ｙ ｔ ｍ ｓ ｉｔｏ ｃ ｄ． ｎ ｅ — ｅ ａ ｙ ｃ ｌａ ｐ ｉａ ｉｎ ｎ ｈ ｒ ｎ ｎ ｔ ｕ ｕ ｅ ｗｅｅ ｈ ｇ ｉ ｈｅ ｒ ｌｔｐｉａ ｐ ｌｃ ｔｏ ｓ ａ ｄ ｔｅ ｔｅ ｄ ｉ ｈｅｆ ｔ ｒ ｒ ｉｈｌｇ ｔｄ． Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ： ｄ ＰＭ Ｓ ； Ｍ ＡＣ—ｓ ｒ ｏ ｓ ｓｅ ； ｇ ｔｌｃ ｔｏ ； ｕ ｌ ｒ ｅｖ ｙ ｔ ｍ ｄｉｉａ ｏｎｒ ｌ ｓ ｍｎ ａ
为此 ， 它不 论在 有功 消耗 ， 是无 功损 耗方 面都 优 于 还
大量使用的交流电动机 ， 以说现代永磁 电动机是 可 种 节能 降耗 的机 械产 品 。
一
目前 ， 现代 永 磁 同步 电动 机 单机 容 量 已经 超 过 １０ ０ｋ ， 高转 速 已超 过 ３ ００ ０ｒｍｉ， 低转 速 ０ Ｗ 最 ０ ０ ｎ 最 ／
今后发 展的趋势。
关键词 ： 永磁 同步 电动机 ； 交流伺服系统 ； 数字控制 ； 综述
中 图分 类 号 ： Ｍ３ １ Ｔ ４ 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０４ ７ １ （０ ０ ０ — ０ １ ０ １０ — ０ ８ ２ １ ）３ ０ ７ — ３
Ｄ ｅ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔ ａ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｎ Ａｐｐｌ ａ ｉ ｎ ｆｔ ｅ Ｍ ｏｄ ｒ ＰＭ Ｓ ｎｄ Ａ Ｃ －Ｓ ｒ ｓｅ ｉ ｔｏ ｏ ｈ ｃ ｅ ｎ Ｍ ａ ｅ ｖｏ Ｓｙ ｔ ｍ