永磁交流伺服电机应用关键问题解析

引言

在自动化领域，永磁交流伺服电机凭借其快速响应、高功率密度、高效运行和平稳性能，已广泛应用于各类行业。然而，工程师们在实际应用中对于如何辨别电机绕组相序与编码器信号相序、理解kt和ke参数的工程意义及其在计算中的应用、解析电机功率以及如何有效利用这些参数进行工程应用等方面，仍存在诸多疑问。为此，本文从工程实际出发，对这些关键问题进行了深入剖析，以期为读者提供参考。

永磁交流伺服电机原理探析

永磁同步电机（PMSM）采用三相对称绕组，转子为表面永磁或内嵌式永磁结构，其绕组反电动势呈正弦波。当通入三相正弦波电流时，电机产生连续电磁转矩。转子永磁体在气隙内产生接近正弦波的磁场，转动时在电枢绕组感应出接近正弦波的反电动势。PMSM的三相电枢绕组与半桥逆变电路相接，驱动电压通过空间矢量脉宽调制产生。电机运行时，三相电枢绕组同时通电，形成圆形旋转磁场。伺服控制中，位置传感器常用旋转变压器或光电编码器，增量式光电编码器应用较广。伺服驱动编码器通常需两组信号：a、b、z信号用于判断转向和基准点定位；u、v、w信号用于判断转子位置。启动前，根据u、v、w信号可估算磁极位置；旋转时，a、b信号可精确检测转子位置角度。主流PMSM伺服驱动采用矢量控制技术。

相序判别与定义

PMSM生产中，装配调试工序确保三相绕组反电动势与编码器信号u、v、w的相位关系。具体解释如图2、3、4、5所示。

kt与ke解析

1）反电动势常数ke：表示反电动势电压与电机转速的比例关系。

ke=e/n（e为反电动势，n为转速）

2）转矩常数kt：表示电机转矩与绕组电流的比例关系。

kt=t/i（t为转矩，i为电流）

3）kt与ke关系：当以角速度（1/s）为单位计算时，ke=w×p×φ/π=kt。皖南电机价格表kt=ke÷104.7（式中kt单位为nm/a；ke单位为v/krpm）

转子惯量分析

伺服驱动器对负载惯量的要求是小于电机转子惯量的5倍。较大转子惯量可带较大负载惯量，但机械时间常数增大，响应速度降低；较小转子惯量响应速度快，但负载惯量受限。

转矩与功率

额定转矩指电机能连续安全输出的转矩；额定功率指电机在额定转速、额定转矩下输出的机械功率。p=n×t÷9549.3（p为功率，n为转速，t为转矩）。皖南电机伺服电机转矩与电流成正比，输出随负载变化，可短时过载运行。

绝缘等级与防护等级

电机绝缘等级表示绝缘材料和结构，允许工作温度。安徽皖南电机绝缘结构耐热等级分为5等，PMSM伺服电机一般采用b或f级绝缘。皖南电机防护等级用ip及后两位数字表示，第一位数字表示对固体的防护程度，第二位数字表示对液体的防护程度。

结语

本文针对永磁交流伺服电机应用中的关键问题进行了深入探讨，旨在帮助工程师们更好地理解和应用这些技术。