伺服电动机的工作原理(什么是伺服电动机)

伺服电动机也称为执行电动机或控制电动机。在自动控制系统中，伺服电动机是运行组件，其功能是将信号（控制电压或相位）转换为机械位移，即将接收到的电信号转换为特定的转速或角位移。马达。容量通常为0.1-100W，常用容量小于30W。伺服电机分为直流和交流。伺服电动机，也称为运行电动机，在自动控制系统中用作致动器，将接收到的电信号转换为电动机轴的角位移或角速度输出。它分为两类：DC和AC伺服电机。主要特征是，当信号电压为零时，没有旋转，并且随着扭矩的增加，速度以恒定的速率降低。

交流伺服电机和无刷直流伺服电机之间的功能区别是什么？答：交流伺服更好，因为它是由正弦波控制的，并且转矩脉动很小。直流伺服是梯形波形。但是，DC伺服器更简单，更便宜。

自1980年代以来，永磁交流伺服电动机随着集成电路，电力电子技术和交流变速驱动技术的发展，永磁交流伺服驱动技术得到了显着发展。交流伺服电机和伺服驱动器的系列不断改进和更新。交流伺服系统已经成为现代高性能伺服系统的主要发展方向，而原有的直流伺服系统面临着淘汰的危机。自1990年代以来，AC伺服系统已在世界许多国家商业化，它是具有全数字控制功能的正弦电动机伺服驱动器。交流伺服驱动器在传动领域的发展日新月异。永磁交流伺服电动机比直流伺服电动机具有以下主要优点。 ⑴没有电刷和换向器，因此工作稳定且几乎不需要维护。 to散发定子绕组的热量更方便。 ⑶惯性小，系统速度容易提高。 is适用于高速大扭矩的工作条件。 volume体积小，重量轻，作用力相同。

一、交流伺服电动机

交流伺服电动机定子的结构基本上类似于电容器分相单相异步电动机的结构，如图1所示。定子配备两个位置相差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，始终连接到交流电压Uf，另一个是控制绕组L，其连接到控制信号电压Uc。因此，交流伺服电动机也称为两个伺服电动机。

交流伺服电动机的转子通常由鼠笼制成，但与普通电动机相比，使伺服电动机具有较宽的转速范围，线性机械性能，无“旋转”现象，响应速度快。它应具有两个特性：较大的转子电阻和较小的惯性矩。目前有两种类型的转子结构被广泛使用。一种是具有由高电阻导电材料制成的高电阻导电材料的鼠笼式转子。转子很细，可以减小转子的转动惯量。一种是由铝合金制成的空心杯形转子。杯子的壁很薄，为0.2-0.3mm。必须放置固定的内部定子以减小磁路的磁阻。在空心杯形转子中，如图2所示。中空杯状转子由于惯性矩小，响应速度快，运行稳定而被广泛使用。

图1交流伺服电机示意图

图2中空杯转子伺服电机的结构

当交流伺服电机没有控制电压时，定子中的励磁绕组只会产生一个脉动磁场，而转子则是静止的。存在控制电压时，在定子中产生转子磁场，旋转磁铁沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的速度根据控制电压的大小而变化。当控制电压的相位反转时，伺服电动机也反转。

AC伺服电动机的工作原理类似于分相单相异步电动机，但是前者的转子电阻比后者大得多。与单相异步电动机相比的特性：

1.大启动扭矩

由于转子电阻大，所以转矩特性曲线如图3中的曲线1所示。与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，存在明显的差异。这可以使临界滑移率S0> 1，这不仅使扭矩特性（机械特性）更接近线性，而且还具有较大的启动扭矩。因此，当在定子中产生控制电压时，转子立即旋转，这具有快速启动和高灵敏度的特性。

图3伺服电机的转矩特性

2.更大的工作范围

如图3所示，伺服电机可以在0到1的范围内稳定运行。

3.无旋转现象

如果伺服电机正常运行，则当控制电压下降时，电机立即停止运行。伺服电机失去控制电压后，进入单相运行状态。由于转子电阻较大，两个旋转磁场在定子和转子运动的相反方向（T1-S1，T2-S2曲线）和两个方向相反的方向上旋转产生的两个转矩特性和组合转矩特性如图（TS曲线）所示。与典型的单相异步电动机的转矩特性不同（图中的T"-S曲线）。此时的合成转矩T为制动转矩，因此电动机会快速停止运行。

图4单相运行中的伺服电动机的转矩特性

图5是单相运行中的伺服电机的机械特性曲线。当负载恒定时，控制电压Uc越高，转速越高；而当控制电压恒定时，负载增加而转速降低。

图5伺服电机的机械特性

交流伺服电机的输出功率通常为0.1-100W。当电源频率为50Hz时，电压为36V，110V，220、380V;当电源频率为400Hz时，电压为20V，26V，36V，115V等。

交流伺服电机运转平稳，噪音低。但是，控制特性是非线性的，转子电阻大，因此损失大，效率低，与相同容量的直流伺服电动机相比，体积大且重量重。仅适用于0.5-100W的小型功率控制系统。

二、直流伺服电动机

DC伺服电机的结构与普通DC电机相同，但结构越来越薄，以减小惯性矩。励磁绕组和电枢由两个独立的电源供电。也有永磁体类型。即，极是永磁体。通常采用电枢控制。也就是说，励磁电压f是恒定的，设定磁通量Φ也是恒定值，控制电压Uc添加到电枢，其接线图如图6所示。

图6直流伺服电机接线图

直流伺服电动机的机械特性（n=f（T））与直流独立励磁电动机的机械特性相同，并由下式表示。

n=Uc/KE？ Φ-Ra/KE？ KT？ Φ？ T

图7显示了不同控制电压（Uc是额定控制电压）下的DC伺服电机的机械特性曲线。从图中可以看出，当磁通量在特定负载转矩下不变时，电枢电压升高时电动机速度增加，反之，电枢电压降低时电动机速度降低。当Uc=0时，电动机立即停止。要使电动机反转，可以更改电枢电压的极性。

图7 n=DC伺服电动机的f（T）曲线

与交流伺服电动机相比，直流伺服电动机具有机械性能更严格，输出更大，不旋转以及启动转矩较大的优点。