SIEMENS山东省临沂市西门子中国一级代理-西门子变频器伺服电机一级总代理

驱动器驱动伺服电机，特别是永磁同步伺服电机时，必须要准确输入电机参数。伺服电机的参数可以分为参考数据、物理数据、散热数据以及电气数据，如表所示。

伺服电机的重要数据

下面主要介绍电机的转矩—速度特性。

电机的转矩输出能力主要受到热量、机械以及电磁边界条件等因素的影响。通常情况下，认为电机线圈的Zui高平均温度为140℃。对于自冷电机，一般允许的Zui高环境温度是40℃，通常将线圈的温升定义为两个挡次，即100K与60K，如图2.1中两条S1曲线所示，不允许电机长期运行在S1（100K）的曲线之上。可以看出，电机的输出扭矩会随电机转速的上升而下降。如果是间隙性工作，即在10min内或者在1min内（小电机）有百分之几的时间处于运行状态，则其所能输出的扭矩会提高。占空比越低，可输出扭矩越高。

西门子永磁同步伺服电机扭矩与转速关系图

当然，不同厂家的电机，其转矩—速度关系曲线可以用不同的方式来表达，下图中显示的是SEMHR7004电机的转矩—速度关系图。图中，横轴表示电机输出扭矩能力，纵轴表示电机的Zui大转速及额定转矩。

SEM电机转矩—速度关系曲线图

电机电枢回路不同导致电机的电压限制特性不同，例如西门子同步伺服电机订货号的第10位表示电压的限制特性，也反映出电机的额定转速。如下图所示，其中序列号为K的电机额定转速Zui高。在电机不弱磁的情况下，如果电机转速超过了其额定转速，则其输出扭矩会急剧下降，不能超出虚线的左部。如果是在弱磁的条件下，则曲线的右侧为弱磁区。

不同序列号电机的弱磁曲线

除了电枢回路不同，驱动器的电压输出也会影响电压限制特性曲线，例如伺服驱动器S120的整流模块，ALM类型相对于SLM类型的整流模块其输出电压偏高，电机的输出扭矩能力也会高一些，其电压的限制曲线会随驱动器输出电压能力产生平移6 ，如下图所示。

驱动直流电压对电机弱磁曲线的影响

整流器                   

整流器的作用是将交流电转换为直流电，将其传递到器件的核心电路。它的原理是，它可以通过整流交流电源的一个周期（正或负）或整流两个周期来产生直流电源。前者被称为半波整流器，因为它只整流电源波形的一半，而后者被称为全波整流器，因为它整流了两半或整个波形。整流器可以采用多种物理形式，例如固态二极管、真空管二极管、汞弧阀、可控硅整流器和各种其他硅基半导体开关。

对于伺服电机，在不同的驱动器输出电压情况下，其额定功率与额定转速都不同。以1FT7电机为例，在3种不同驱动器输出电压的情况下，其扭矩—速度曲线如图（a）、（b）、（c）所示。图（a）、（b）、（c）所示分别是在不同的整流模块与不同的进线电压情况下不同的电机特性曲线。从图中可以看出，对于进线电压为400V的SML模块[见图（a）]，其整流后的直流母线电压为400V×1.35＝540V；而对于进线电压为400V的ALM模块[见图（b）]，其整流后的直流母线电压为400V×1.5＝600V；对于进线电压为480V的SLM模块[见图（c）]，其整流后的直流母线电压为480V×1.35＝648V。可以看出，驱动器的输出电压能力越高，电机的输出能力越强，其弱磁曲线越靠右平移。

3种整流模块同种电机的扭矩特性

还可以得出，电机有两条电压限制特性曲线，一条由电枢回路决定，另一条是由电机模块的直流电压来限制的。很多情况下，二者不重合，如下图所示。当转速超过此电压限制曲线时，电机开始进入弱磁区，但弱磁区也受到扭矩上限的限制。

电机的两条电压限制曲线

对于可以弱磁的电机控制来说，在超过电机的电压限制特性曲线后，电机开始进入弱磁区，从下图可以看出，S1曲线同弱磁区存在重叠区域，这说明在输出扭矩很小的情况下，伺服电机可以长期工作在弱磁区。由于变频器的Zui大输出频率限制以及Zui大耐压的限制，电机有驱动Zui大转速限制，如果电机超出此速度，线圈产生的反电动势可能对驱动器的逆变单元造成损伤。由于转子的离心力以及轴承非平衡受力，电机也存在机械Zui大转速限制，通常机械Zui大转速限制要高于驱动Zui大转速限制。通常情况下，电机的转速不会超出驱动Zui大转速。

完整的电机扭矩特性

在用S120进行组态的过程中，参数P0348是电机开始弱磁控制的速度设定。在伺服控制中，不论是异步电机还是同步电机均存在弱磁控制方式，但同步电机没有励磁控制器，如下图所示。

S120驱动器伺服模式下的弱磁控制

可以看出，同步电机在弱磁速度以下，励磁电流的设定值均为零；而对于异步电机，在额定转速以下，其励磁电流在整个电机电流中占有一定的比例，比例的大小取决于电机。

需要注意的是，当选择1FK或者是1FT电机时，有时P0348的值要高于电机的Zui大转速，在这种情况下，电机运行的速度范围内就不存在弱磁区，如下图所示。例如选择电机1FT7162-XAK7X，其开始在VDC＝600V时弱磁的速度为9444r/min，其Zui大电机转速为8000r/min。

不存在弱磁区的控制

电机静态扭矩与过载能力也是衡量电机工作特性的一个重要因素。对于同等功率的伺服电机，1FW系列电机的静态扭矩Zui大，其Zui大扭矩可以达到静态扭矩的2倍。而1FK、1FT系列电机的静态系列相差不多，但后者的Zui大扭矩要高于前者。通常情况下，1FT电机的Zui大扭矩可以达到静态扭矩的4倍，1FK的Zui大扭矩可以达到静态扭矩的3倍，如下图所示。

几种不同电机的静态扭矩与Zui大扭矩

可以看出，1FT系列电机的过载能力Zui强，1FW系列电机的过载能力Zui弱。在选型过程中需要注意电机的过载能力。