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现代交流伺服系统技术和市场发展综述
(北京和利时电机技术有限公司王健)

摘要:
本文首先从历史的角度介绍了现代交流伺服系统从电机控制的大家族中脱颖而出的过程,并
从技术和市场两个方面展示了当今交流伺服系统的发展状况,重点放在国内外市场、技术、
产品和厂商竞争策略的对比上,希望给关心中国交流伺服产业成长的人们一个全景式扫描。
概述
1. 历史的角度看电机发展
1800 年伏特发明电池,是电气出现的开端,电动机的诞生和发展在这之后可以分成几
个阶段。从 1820 年一直到整个 19 世纪末叶,发现了电磁现象以及相关的各种法则,诞
生了交流电机的原型,并确立了电机的工业运用。从 20 世纪开始一直到 1970 年代,是
电动机的成长和成熟期,有刷直流电机、感应电动机、同步电动机和步进电动机等各种
电机相继诞生,半导体驱动技术和电子控制概念引入,带来变频驱动的实用化。从 1970
年代到 20 世纪末期,计算技术的飞跃发展为发展高性能驱动带来了机会,随着设计、
评价、测量、控制、功率半导体、轴承、磁性材料、绝缘材料、制造加工技术的不断进
步,电动机本体经历了轻量化、小型化、高效化、高力矩输出、低噪音振动、高可靠、
低成本等一系列变革,相应的驱动和控制装置也更加智能化和程序化。进入 21 世纪,
在以多媒体和互联网为特征的信息时代,电动机和驱动装置继续发挥支撑作用,向节约
资源、环境友好、高效节能运行的方向发展。

永磁无刷直流电机(Brushless DC Motor)就是随着永磁材料技术、半导体技术和控制
技术的发展而出现的一种新型电机。无刷直流电机诞生于 20 世纪 50 年代,并在 60 年
代开始用于宇航事业和军事装备,80 年代以后,出现了价格较低的钕铁硼永磁,研发
重点逐步推广到工业、民用设备和消费电子产业。本质上,无刷直流电机是根据转子位
置反馈信息采用电子换相运行的交流永磁同步电机,与有刷直流电机相比具有一系列优
势,近年得到了迅速发展,在许多领域的竞争中不断取代直流电机和异步电动机。进入
90 年代之后,永磁电机向大功率、高功能和微型化发展,出现了单机容量超过 1000KW,
最高转速超过 300000rpm,最低转速低于 ,最小体积只有 的品种。

实际上,永磁无刷直流电机和本文重点论述的永磁交流伺服电机都属于交流永磁同步电
机。按照反电动势波形和驱动电流的波形,可以将永磁同步电机分为方波驱动和正弦波
驱动型,前者就是我们常说的无刷直流电机,后者又称为永磁同步交流伺服电机,主要
用于伺服控制的场合。那么,伺服是什么含义呢?伺服控制的基本性能如何衡量呢?

2. 交流伺服概念引入、基本性能和控制方法
伺服来自英文单词 Servo,指系统跟随外部指令进行人们所期望的运动,运动要素包括
位置、速度和力矩。伺服系统的发展经历了从液压、气动到电气的过程,而电气伺服系
统包括伺服电机、反馈装置和控制器。在 20 世纪 60 年代,最早是直流电机作为主要执
行部件,在 70 年代以后,交流伺服电机的性价比不断提高,逐渐取代直流电机成为伺
服系统的主导执行电机。控制器的功能