上海动力传动展|浅谈伺服电机产业发展


近年来,伺服电机行业发展较快,下游应用范围不断拓宽。目前伺服电机行业市场竞争较激烈,国内市场主要以日本和欧美品牌为主,其中日本品牌占据近一半的国内市场份额。随着技术的突破,国产品牌也正逐步崛起。接下来上海动力传动展小编就来解读伺服电机产业。

上海动力传动展浅谈伺服电机的分类

分为直流和交流伺服电动机两大类,交流伺服电动机又分为异步伺服电动机和同步伺服电动机,目前交流系统正在逐渐代替直流系统。与直流系统相比,交流伺服电机具有高可靠性、散热好、转动惯量小、能工作于高压状态下等优点。因为无电刷和转向器,故交流私服系统也成为无刷伺服系统,用于其中的电机是无刷结构的笼型异步电机和永磁同步型电机。

1)直流伺服电机分为有刷和无刷电机

①有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),产生电磁干扰,对使用环境有要求,通常用于对成本敏感的普通工业和民用场合;

②无刷电机体积小重量轻,出力大响应快,速度高惯量小,力矩稳定转动平滑,控制复杂,智能化,电子换相方式灵活,可以方波或正弦波换相,电机免维护,高效节能,电磁辐射小,温升低寿命长,适用于各种环境。

上海动力传动展浅谈不同类型伺服电机的特点

1)直流伺服电机的优点和缺点

优点:速度控制精确,转矩速度特性很硬,控制原理简单,使用方便,价格便宜。

缺点:电刷换向,速度限制,附加阻力,产生磨损微粒(无尘易爆环境不宜)

2)交流伺服电机的优点和缺点

优点:速度控制特性良好,在整个速度区内可实现平滑控制,几乎无振荡,90%以上的高效率,发热少,高速控制,高精确度位置控制(取决于编码器精度),额定运行区域内,可实现恒力矩,惯量低,低噪音,无电刷磨损,免维护(适用于无尘、易爆环境)。

缺点:控制较复杂,驱动器参数需要现场调整PID参数确定,需要更多的连线。

目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心,可以实现比较复杂的控制算法,实现数字化、网络化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流,得到相应的直流电。经过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。整流单元(AC-DC)主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

上海动力传动展浅谈伺服电机产业链

伺服电机行业的上游主要是原材料和电子零部件等其他材料供应商,由于伺服电机的工作原理,其稀土磁材是其制造过程中所必需的重要原材料,伺服电机制造处于整个伺服系统中的一部分,除伺服电机制造以外,伺服系统还包括伺服驱动器制造以及数控系统研发等环节。下游需求,伺服电机可以广泛应用于医疗器械、机器人制造、汽车制造和工业装备制造等领域,具有广泛的市场应用前景。

19世纪30年代到上半叶,伴随着第二次工业革命,电悄悄的进入了人类的社会生活。社会生产力的进一步发展,电解、电镀、电力照明的需要,大家开始寻找新的供电装置,法拉第电磁感应定律的出现,将社会需要与科学理论结合起来,使得发电机的研制工作得到了较快发展。

19世纪末,普通工频电机出现,它的使用是需要在规定电压以及额定频率下使用,工频电机应用下的局限性推动了变频器的研发和应用。

20世纪60年代,变频电机出现,它可将工频电源转换为其他频率电源,通过改变电网的频率来调节电机的转速和转矩,主要用于需要调速且对速度控制要求高的领域。变频电机的PWM方式与直流电机的伺服控制基础相结合。

20世纪70年代,直流伺服电机诞生。因直流伺服电机结构复杂、转子在运行过程中温度逐渐升高,使其无法精准确地连接其他机械设备,而且在大容量和高速的情况很难派上用场。因此,直流伺服驱动技术机械转向器的发展瓶颈就产生了。

在70年代末至80年代初,其逐渐被交流伺服驱动技术取代,且当时工业领域实现自动化的基础技术就包括交流伺服驱动技术。

近一年来,在国内“中国制造2025”、智慧工厂建设大潮的推动下,自动化行业市场有望在未来三年内逐步回暖。与此同时,中国伺服、运动控制行业日渐成熟,市场需求及市场竞争格局也在不断变化,引导着整体行业由产品竞争向方案竞争的方向迈进,伺服、运动控制行业将迎来一个高速发展的黄金期。

我国伺服产品真正普及应用的时间仅有十余年,尚处于成长阶段,由于伺服电机系统在精度、矩频、过载等性能上的优势,比步进电机系统具有更广的应用范围,在机床工具、纺织机械、印刷机械和包装机械等领域已经得到广泛应用,同时近几年工业机器人、电子制造设备等产业的迅速扩张,使得伺服电机在新兴产业的应用规模增长迅速,整体市场规模增长空间较大。

伺服电机行业或迎利好

下游应用领域机器人的工作表现受伺服电机影响极大,因而精密伺服电机的关键性能指标永远都是下游机器人先进性比较的首要因素。在国内机器人技术的自主研发方面,我国还需加大对关键技术(如伺服电机领域)的投入和研发,提高零部件自给率,整合现有研发资源,尽快形成一批技术研发实验室、工程中心、企业技术中心、整机及关键零部件检测中心等,同时,培育自主知识产权品牌,将国内工业机器人产业做大做强,以迎接更大的市场。

在伺服电机技术发展成效逐渐显现,政府政策引导持续加强,本土企业凝聚力日益增强的利好加持下,如今,国产伺服电机品牌在国内市场的占有率已经上升至20%左右,对于中高端市场的进军也在不断尝试,国产伺服行业的产业链也日益优化。上海动力传动展小编觉得,在不久的将来,就可实现国产品牌的完全替代和强势崛起。