伺服電機

　　伺服電機

　　伺服電機可使控製速度，位置精度非常準確（què），可以將電壓信（xìn）號（hào）轉化（huà）為轉矩和轉速以驅動控製對象（xiàng）。伺服電機轉（zhuǎn）子轉速受輸（shū）入信號控製，並能快速反應，在自動控製係（xì）統中，用作執行元件，且具有機電時間（jiān）常數小（xiǎo）、線性度高、始動（dòng）電壓等特性，可把所收（shōu）到的電信號轉換成電（diàn）動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直（zhí）流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號（hào）電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻（yún）速下降。

　　1、伺服係統(servo mechanism)是使物（wù）體的位置、方位、

　　狀態等（děng）輸出被（bèi）控量能夠跟隨輸（shū）入目標(或給定值)的任意變（biàn）化的自動控製係統。伺服主要靠脈衝來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈衝，就會旋轉1個脈衝對應（yīng）的角度，從而實現位移，因為（wéi），伺服電機本身具（jù）備（bèi）發（fā）出脈衝的功能，所以伺服電機每旋轉一個角度，都（dōu）會（huì）發出對應數量的脈衝，這樣，和（hé）伺服電機接受的脈衝形成了呼應，或者叫（jiào）閉環，如此一（yī）來，係（xì）統就會知道（dào）發了（le）多少脈衝給伺服電機（jī），同時又收了多少脈衝回來，這樣，就能夠很（hěn）精確的控製電機的轉動，從而實現精確的定位，可以達到0.001mm。直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結（jié）構簡單，啟動轉矩大，調速範圍寬，控製容易，需要維護，但維護不方便(換（huàn）碳刷)，產（chǎn）生電磁幹擾，對環境有要求（qiú）。因此它可以（yǐ）用於對成本敏感（gǎn）的普通工業和民（mín）用場合。

　　無刷電機體積小，重量輕，出（chū）力大，響（xiǎng）應快，速度高，慣（guàn）量小，轉動平滑，力矩穩定。控製複雜，容易實（shí）現智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波（bō）換相。電機（jī）免（miǎn）維護，效率很（hěn）高，運行溫度低，電磁輻射很小（xiǎo），長壽命，可用於（yú）各種環境。

　　2、交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前（qián）運動控製中一般都用同步電機，它的功率範圍大，可以做到很大（dà）的功率。大慣量，最高轉動速度低，且隨著功率增大而（ér）快（kuài）速降低。因而（ér）適合做低速平穩運行的應用。

　　3、伺服電機內部（bù）的（de）轉（zhuǎn）子（zǐ）是永磁鐵，驅動器控製的U/V/W三（sān）相電形成電磁場，轉子在此磁場（chǎng）的作（zuò）用（yòng）下轉動，同時電機自帶的（de）編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比（bǐ）較，調整轉子轉動（dòng）的角度。伺服電機的（de）精度決定於編碼器的精度(線數)。

　　交流（liú）伺服（fú）電機和無刷（shuā）直流伺服電機在功能上的區別：交流（liú）伺服要（yào）好一些，因為是正弦波控製，轉矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直（zhí）流伺服比較簡單，便（biàn）宜。

　　選型比較

　　交流伺服電動機

　　交流（liú）伺服電動機定子的構造基本上與電容分相式（shì）單相異步電動機相似.其定（dìng）子上裝（zhuāng）有兩（liǎng）個位置互差90°的繞組，一（yī）個是勵磁繞組Rf，它始（shǐ）終接在交流電壓Uf上;另一個是控製繞組L，聯（lián）接控製（zhì）信號電壓Uc。所以交流伺（sì）服電動機又（yòu）稱兩個伺服電動（dòng）機。

　　交（jiāo）流伺服電動機（jī）的轉子通常做成鼠籠（lóng）式，但為了使伺（sì）服電（diàn）動機具有較（jiào）寬的調速範圍、線性的機械特性，無“自（zì）轉（zhuǎn）”現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動（dòng）慣量（liàng）小這兩個特點。目前應用較多的轉子結構有（yǒu）兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材（cái）料做成的（de）高電阻率導條的鼠（shǔ）籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長;另一種是采用鋁合（hé）金（jīn）製成的空心杯（bēi）形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子.空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應（yīng）迅速，而且運轉平穩（wěn），因此被廣泛采用。

　　交流伺服電動機在沒（méi）有控製電壓時，定子內隻有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動。當有控製電壓時，定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉（zhuǎn），在負載恒定的情況下，電動機的轉速隨控製電壓的（de）大小而變化，當控製電壓的相位相（xiàng）反時，伺服電動機將反轉。

　　永磁交流伺服電動機（jī）

　　20世紀（jì）80年代以來，隨著集成電路（lù）、電力電子技術和交流（liú）可變速驅動技術的發展，永磁交流伺（sì）服驅動技術有（yǒu）了（le）突出的發展，各（gè）國著（zhe）名電氣廠商相繼推出各自的（de）交流伺服電動機和伺服驅動器係列產品並不斷完（wán）善和更新。交（jiāo）流伺服係統（tǒng）已成為當代高性能伺服係（xì）統的主要發（fā）展方向，使原來的直流伺服麵臨（lín）被淘汰的危機。90年代以後，世界各國（guó）已經商品化了（le）的交流伺（sì）服係統是采用全數字控製的（de）正弦波電動機伺服驅動。交（jiāo）流伺服驅動裝置在傳動領（lǐng）域的發展日新月（yuè）異。

　　永磁交流伺服電動機同直流伺服（fú）電動機比較，主要優點有：

　　⑴無電刷和換向器，因（yīn）此工（gōng）作可靠，對維護和保養（yǎng）要（yào）求低。

　　⑵定子繞組散熱比較方便。

　　⑶慣量小，易於提高係統的快速（sù）性。

　　⑷適應於高（gāo）速大力矩工作狀態。

　　⑸同功率下有較小的體積和重量。

　　伺服（fú）電動機與單相異步（bù）電動機比較

　　交（jiāo）流（liú）伺服電動機的工作原理與分相式單相（xiàng）異步電動機雖然相似（sì），但前者的轉子電阻比後者大（dà）得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比（bǐ），有三個顯著特點：

　　1、起動轉矩大

　　由於轉子電阻大，與普通異（yì）步電動機的轉矩特性曲線（xiàn）相比，有明顯的區別。它可使臨界轉差率S0>1，這樣不僅使轉矩特性(機械特性)更接近於線性（xìng），而且具（jù）有較大的起動轉矩。因（yīn）此，當定（dìng）子一有控製電壓，轉子立即轉動（dòng），即具有起動快、靈敏度（dù）高（gāo）的特點。

　　2、運行範圍較（jiào）廣

　　3、無自（zì）轉現象

　　正常運轉（zhuǎn）的伺服電動機，隻要失去控製電壓，電機立即停止運轉。當伺（sì）服電動機失去控製電壓後，它（tā）處於單相運行狀（zhuàng）態，由於轉子電阻大，定子中兩個相（xiàng）反方（fāng）向旋（xuán）轉的（de）旋轉磁場與轉子作用所產生的兩個轉矩特性(T1-S1、T2-S2曲線)以及（jí）合成轉矩特性(T-S曲線)

　　交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1-100W。當電源頻率為50Hz，電壓有36V、110V、220、380V;當電源頻率為400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。

　　交流伺服電動機運行平穩、噪音小。但控製特性是非線性，並且由於轉子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容（róng）量直流伺服電動機相比，體積大、重量重，所以隻適用於0.5-100W的小功率（lǜ）控製係統（tǒng）。