交流伺服系統取代直流伺服系統已是必然趨勢,直流伺服電機的機械換向器和電刷給應用帶來一系列問題。比如,結構和制造工藝復雜,電刷和換向器容易發生故障:電刷和換向器之間滑動接觸的電阻不穩定,使電機運行不穩定;換向器上產生火花,引起無線電干擾,影響放大器和計算機正常工作,且使電機無法直接應用于易燃、易爆的工作環境中;電刷和換向器之間的摩擦增加了電機的阻力矩,使電機工作不穩定;換向器的表面線速度換向電流、電壓有一極限容許值,約束了電機的最大轉速和功率:為使換向器可靠工作,電樞和換向器直徑一般較大,使得電機轉動慣量增大,在快速響應要求較高、安裝空間較小的應用場合受到限制。
因此,人們一直在尋求能克服上述缺點的交流伺服電機,以滿足各種應用領域的需要。交流伺服電機結構簡單,堅固耐用,便于維修,價格合理,克服了直流伺服電機存在的缺點。特別是新型永磁交流伺服電機的優點更加明顯:永磁同步電機調速性能優越,克服了直流伺服電機機械式換向器和電刷帶來的系列限制,且體積小、重量輕、效率高、轉動慣量小、不存在勵磁損耗問題。
現代電力電子學的大發展為交流伺服系統取代傳統的直流伺服系統奠定了基礎。向高頻化、大容量、智能化方向發展的性能優越的全控型大功率電子器件,及集成半導體開關、信號處理、自我保護功能于一體的智能功率模塊(IPM)和大功率集成電路,使交流伺服系統的關鍵部件之———交流伺服驅動器成本降低。
現代控制理論的應用,促進了許多新型交流伺服電機控制方式的誕生,為交流伺服系統取代直流伺服系統提供了進一步的依據。1971年,F.Blaschke提出的矢量控制原理開創了交流伺服傳動的新紀元。此后出現的直接轉矩控制、磁場加速控制、參數自適應控制、滑模變結構控制以及建立在微分幾何基礎上的非線性解耦控制等方法,使交流伺服系統的性能達到一個較高的水平,可以和直流伺服系統的性能相媲美,甚至優于直流伺服系統的性能。
微電子技術的迅速發展,使得各種性能的微處理器不斷推出,特別是適用于工業領域實時控制的單片機和高速數字信號處理器(DSP)在伺服系統中的應用,大大加快了交流伺服系統取代直流伺服系統的進程。
綜合交流伺服系統發展過程和現狀,其發展趨勢如下:
1)伺服技術繼續迅速地由直流伺服系統轉向交流化。
2)交流伺服系統向兩大方向發展:一是簡易、低成本交流伺服系統將迅速發展,應用領域進一步擴大;二是向更高性能的全數字化、智能化軟件伺服的方向發展。
3)在硬件結構上,由模擬電子器件轉向數字電子器件、微處理器、數字信號處理器,實現半數字化、全數字化,進而由硬件伺服技術轉向軟件伺服技術發展,極大地增強了交流伺服系統設計與使用的柔性。
4)由于微機控制用于伺服系統,模糊控制、人工智能、神經元網絡等新成果將應用于高性能交流伺服系統的研究工作。
5)交流伺服系統所采用的逆變器將逐漸轉向高頻化、小型化、無噪聲的逆變器。
6)永磁伺服電機轉子磁鋼由采用鐵氧體、稀土鈷轉向銣鐵硼發展,使電機具有更好的性能價格比。
直流伺服電機在數控進給伺服系統中曾得到廣泛的應用,它具有良好的調速和轉矩特性,但是它的結構復雜、制造成本高、體積大,而且電機的電刷容易磨損,換向器會產生火花,使直流伺服電機的容量和使用場合受到限制。交流伺服電機沒有電刷和換向器等結構上的缺點;并且隨著新型功率開關器件、專用集成電路、計算機技術和控制算法等的發展,促進了交流驅動電路的發展,使得交流伺服驅動的調速特性更能適應數控機床進給伺服系統的要求?,F代數控機床都傾向采用交流伺服驅動,交流伺服驅動大有取代直流伺服驅動之勢。










