伺服電機(jī)是什么,伺服電機(jī)相關(guān)微介紹

電機(jī)" target="_blank">伺服電機(jī)(servo motor )是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可以控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

1、伺服系統(tǒng)(servo mechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。伺服主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機(jī)接收到1個(gè)脈沖，就會(huì)旋轉(zhuǎn)1個(gè)脈沖對應(yīng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)位移，因?yàn)?，伺服電機(jī)本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機(jī)每旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，都會(huì)發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機(jī)接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會(huì)知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機(jī)，同時(shí)又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)精確的定位，可以達(dá)到0.001mm。直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)。有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護(hù)，但維護(hù)不方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。

無刷電機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。

2、交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī)，分為同步和異步電機(jī)，運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī)，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運(yùn)行的應(yīng)用。

3、伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。

交流伺服電機(jī)和無刷直流伺服電機(jī)在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些，因?yàn)槭钦也刂疲D(zhuǎn)矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。

伺服電機(jī)使用的是三相同步電機(jī),其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)子：

沒有三相異步電機(jī)中的鼠籠條;看圖，轉(zhuǎn)子上有很多貼片，是永磁鐵(釹鐵硼)材料。這樣來看，轉(zhuǎn)子其實(shí)自帶磁場，而不像異步電機(jī)是靠感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場。

永磁鐵有兩種安裝方式：

1是表貼式，也就是圖中樣式，永磁鐵是貼在表面的;

2是內(nèi)嵌式，需要在轉(zhuǎn)子上打孔，將永磁材料填充進(jìn)去;

表貼式：具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本較低、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小等優(yōu)點(diǎn);

內(nèi)嵌式：如果轉(zhuǎn)速夠快，例如1wr/min甚至3wr/min，還是用內(nèi)嵌式較好;

轉(zhuǎn)子沖片機(jī)械強(qiáng)度高、安裝永磁體后轉(zhuǎn)子不易變形等。

以常見的感應(yīng)式電機(jī)三相異步電機(jī)作比較：

其轉(zhuǎn)子是鼠籠式的;在給定子通入交流電，定子中就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，旋轉(zhuǎn)磁場在旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)切割籠條，從而在籠條內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，感應(yīng)電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)與定子磁場相吸的磁場;

這樣轉(zhuǎn)子就會(huì)跟著之前的定子中的磁場進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，而伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子自帶磁場，因此運(yùn)行起來伺服電機(jī)要比感應(yīng)式三相異步電機(jī)效率更高。

伺服電機(jī)可以控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制，并能快速反應(yīng)，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高等特性，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

伺服電機(jī)的作用：伺服電機(jī)可使控制速度，位置精度非常準(zhǔn)確。

伺服電機(jī)的工作原理

1、伺服系統(tǒng)(servo mechanism)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)(或給定值)的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。

2、伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。

伺服電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，能將輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電機(jī)軸上的機(jī)械輸出量，拖動(dòng)被控制元件，從而達(dá)到控制目的。

伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流之分;最早的伺服電動(dòng)機(jī)是一般的直流電動(dòng)機(jī)，在控制精度不高的情況下，才采用一般的直流電機(jī)做伺服電動(dòng)機(jī)。目前的直流伺服電動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上講，就是小功率的直流電動(dòng)機(jī)，其勵(lì)磁多采用電樞控制和磁場控制，但通常采用電樞控制。

旋轉(zhuǎn)電機(jī)的分類，直流伺服電動(dòng)機(jī)在機(jī)械特性上能夠很好的滿足控制系統(tǒng)的要求，但是由于換向器的存在，存在許多的不足：換向器與電刷之間易產(chǎn)生火花，干擾驅(qū)動(dòng)器工作，不能應(yīng)用在有可燃?xì)怏w的場合;電刷和換向器存在摩擦，會(huì)產(chǎn)生較大的死區(qū);

結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)比較困難。

交流伺服電動(dòng)機(jī)本質(zhì)上是一種兩相異步電動(dòng)機(jī)，其控制方法主要有三種：幅值控制、相位控制和幅相控制。

一般地，伺服電動(dòng)機(jī)要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速要受所加電壓信號(hào)的控制;轉(zhuǎn)速能夠隨著所加電壓信號(hào)的變化而連續(xù)變化;電動(dòng)機(jī)的反映要快、體積要小、控制功率要小。伺服電動(dòng)機(jī)主要應(yīng)用在各種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，尤其是隨動(dòng)系統(tǒng)。

伺服電機(jī)工作原理

伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)電機(jī)自帶的編碼器反饋信號(hào)給驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。伺服電機(jī)的精度決定于編碼器的精度(線數(shù))。

3.伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)

(1)控制方式不同

步進(jìn)電機(jī)是通過脈沖的個(gè)數(shù)來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度的，一個(gè)脈沖對應(yīng)一個(gè)步距角，而伺服電機(jī)是通過控制脈沖時(shí)間的長短來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度的。

(2)低頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)在低頻時(shí)容易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象，振動(dòng)頻率與負(fù)載情況和驅(qū)動(dòng)器性能有關(guān)，一般認(rèn)為振動(dòng)頻率是電機(jī)空載起跳頻率的一半，這種由步進(jìn)電機(jī)工作原理所決定的定頻振動(dòng)現(xiàn)象對于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低速時(shí)，一半采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動(dòng)現(xiàn)象，比如在電機(jī)上加阻尼器，或驅(qū)動(dòng)器上采用細(xì)分技術(shù)等，但是，不管怎樣不可能完全避免這種低頻振動(dòng)現(xiàn)象。而交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不出現(xiàn)低頻振動(dòng)，交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制特性，可以涵蓋機(jī)械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機(jī)能，可檢測出機(jī)械的共振點(diǎn)，便于系統(tǒng)調(diào)整?？梢哉f，伺服電機(jī)的低頻特性好于步進(jìn)電機(jī)。

(3)矩頻特性不同

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)動(dòng)速度增加而減小，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高轉(zhuǎn)速一般在300dmin～600dmin。交流伺服電機(jī)為恒轉(zhuǎn)矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速以內(nèi)(一般為2000dmin～3000dmin)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)矩以上為恒功率輸出。

4.伺服電機(jī)品牌

日本品牌：松下、三菱電機(jī)、安川、三洋、富士等;

美國:羅克韋爾、丹納赫、帕光等;

德國:西門子、倫茨、博世力士樂、施耐德等;

英國: Control Technology、SEW等;

中國臺(tái)灣品牌：東元(TECO)、臺(tái)達(dá)(Delta);

國產(chǎn)品牌：英威騰、匯川技術(shù)、華中數(shù)控、廣數(shù)、 埃斯頓等。