交流伺服系统的发展状况

日期:2020-01-29编辑作者:市场观察

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  交流伺服系统的相关技术,一直随着用户的需求而不断发展。交流电机作用电动机、驱动、传感和控制技术等关联技术的不断变化、造就了各种各样的配置。就电动机而言,可以采用盘式电机、无铁芯电机、直线电机、外转子电机等,驱动器可以采用各种功率电子元件,传感和反馈装置可以是不同精度、性能的编码器、旋变和霍尔元件甚至是无传感器技术,控制技术从采用单片机开始,一直到采用高性能DSP和各种可编程模块,以及现代控制理论的实用化等等。我们从2005年11月在德国纽伦堡举办的SPS/IPC/Drives展览上可以看到世界范围内电气驱动、运动控制和相关软件的最新情况,其中交流伺服产品的亮点很多,代表了当前的国际水平。这里仅仅摘录几条,相对应的,国内厂商的研发动向也对比进行说明。

  贝加莱(B&R)工业自动化公司推出的AcoposMulti驱动系统采用模块化的可扩展结构,每个轴模块可以提供1到2个伺服轴控制,并集成了一个24VDC的辅助电源模块,为驱动器、控制器和外围设备提供了一个到直流总线的链接,来获得开路、短路和过载保护。其他特性包括通过空气,油或水进行冷却的模块化设计,通过一个能量再生系统确保环境的安全性。在国内,我们还没有看到有厂商进行类似的模块式设计,并在产品中融入机器安全概念。

  艾默生控制技术(Emerson Control Techniques)公司展出了Unidrive及其他交、直流驱动器产品。Unidrive 驱动器覆盖功率范围从0.55~675kW,变换不同的控制软件可以驱动异步电机、永磁同步伺服电机和无刷直流电机。额定输出功率为0.25~11kW的Varmeca型集成可变速度电机与可变速度驱动器(VSD),具有闭环矢量与分布式 (Proxdrive)两个版本。值得注意的是适合在潜在爆燃性气体中工作的VSD系统 (ATEX)。而额定输出功率为 0.55~400kW的FLSD驱动器,则据称能在ⅡB类或ⅡC区1类2分类气体中工作。相对应的,国内伺服驱动器厂商的产品功率范围多在10KW以下,而且没有特殊防护等级的商品化产品面世,这方面国内外的差距很大,也是未来国内伺服厂商差异化竞争的方向。

  Rockwell Automation公司展出了PowerFlex驱动技术。PowerFlex的发展路线年出现的“公共工业协议(CIP)运动应用协议”,有望无缝同步在同一系统中运行的多轴伺服与变频驱动器中。在适合运动控制的工业协议方面,我们还看到Beckhoff的EtherCAT,B&R的PowerLink,Danaher下面的MEI开发的SynqNet,Siemens的ProfiNet,还有久负盛名的Sercos已经发展到SercosⅢ。这些通讯协议都为多轴实时同步控制提供了可能性,也被一些高端伺服驱动器集成进去。在国内,甚至CAN这样的中低端总线也没有变成伺服驱动器的标准配置,采用高性能实时现场总线的商品化驱动器还没有出现。这一方面是因为我们的伺服基本性能还没有达到相应的水准,另一方面也是因为市场还没有发育到这个程度。可喜的是,我们已经看到一些单位进行了有益的研发实践,一方面消化国外的先进技术,一方面尝试推出自己的总线标准。和利时电机预计在自己的下一代伺服产品中集成多种可选的通讯模块,其中包括CAN、USB、Fireware和Sercos,还有和利时电机和北航联合开发的CANsmc(用于多轴同步运动控制的总线),基于蓝牙无线通讯的模块也在研发中。中科院沈阳高档数控研发中心等个别单位也研发了自己的运动控制总线协议。

  施奈德电气(Schneider Electric)这次展出的Lexium 05型伺服控制器具有和VFD变频器一样外形,目标是低成本应用。交流电机作用实际上,利用变频器的批量生产能力推出低端伺服,已经成为一些厂商的竞争手段。该公司旗下的Berger Lahr品牌在其展台上随处可见。其智能、集成电机与控制器产品 (Icla) 主要有以下三个电机版本:步进电机、交流电机作用交流伺服电机与三相无刷直流电机。Icla(来源于“集成、闭环、执行器”的首字母缩写)将电机、位置控制、功率电子与反馈集成在一个紧凑单元中。这种一体化设计的思路在美国的Animatics等公司身上也体现得很明显,来自德国的AMK公司也有类似的产品。这是真正的机电一体化产品,为设计者带来了一系列的工程挑战,包括电磁兼容、热控制、元器件小型化、特殊的结构设计等。在国内,没有见到有厂商推出自主知识产权的产品。

  包米勒(Baumuller)公司提供的带集成行星齿轮传动系的高性能伺服电机,拥有高达98%的效率和很低的噪音;直接驱动型高力矩伺服电机,可以在100~300rpm范围内输出13500Nm。在国内,我们看到和利时电机公司在其海豚系列低压无刷伺服电机系列中提供了类似的带集成行星齿轮减速器的产品,深圳步进也宣称可以提供带减速器的步进化伺服电机。在直接驱动力矩电机市场,成都精密电机厂可以提供定制化的电机组件,但是需要客户另外加装反馈装置和第三方驱动器。

  安川电机欧洲公司(Yaskawa Electric Europe,YEE)展出了其广受欢迎的通用Sigma Ⅱ型伺服电机。YEE的其他进展包括正在开发中的额定功率0.5~5kW防爆及遵循ATEX标准的交流伺服电机。安川公司的另一项开发成果是输出功率高达500 kW的高功率伺服电机。该项目的商品化预计将于2007年完成。从中我们可以看到国际大厂向专用化、大型化伺服发展的动向。 中国从1970年代开始跟踪开发交流伺服技术,主要研究力量集中在高等院校和科研单位,以军工、宇航卫星为主要应用方向,不考虑成本因素。主要研究机构是北京机床所、西安微电机研究所、中科院沈阳自动化所等。80年代之后开始进入工业领域,直到2000年,国产伺服停留在小批量、高价格、应用面狭窄的状态,技术水平和可靠性难以满足工业需要。2000年之后,随着中国变成世界工厂、制造业的快速发展为交流伺服提供了越来越大的市场空间,国内几家单位开始推出自己品牌的交流伺服产品。目前国内主要的伺服品牌或厂家有森创(和利时电机)、华中数控、广数、南京埃斯顿、兰州电机厂等。其中华中数控、广数等主要集中在数控机床领域。

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关键词: 交流电机作用

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