什么是伺服電機？伺服電機的內部結構及其工作原理

　　伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發(fā)動(dòng)機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動(dòng)控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動(dòng)控制系統中，用作執行元件，且具有機電時(shí)間常數小、線(xiàn)性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機兩大類(lèi)，其主要特點(diǎn)是，當信號電壓為零時(shí)無(wú)自轉現象，轉速隨著(zhù)轉矩的增加而勻速下降。

　　什么是伺服電機？

　　伺服電動(dòng)機又稱(chēng)執行電動(dòng)機，它將輸入的電壓信號轉變?yōu)檗D軸的角位移或角速度輸出，改變輸入信號的大小和極性可以改變伺服電動(dòng)機的轉速與轉向，輸入的電壓信號又稱(chēng)為控制信號或控制電壓。

　　伺服電動(dòng)機的種類(lèi)多，用途廣。例如在雷達天線(xiàn)系統中，雷達天線(xiàn)是由交流伺服電動(dòng)機拖動(dòng)的， 當天線(xiàn)發(fā)出去的無(wú)線(xiàn)電波遇到目標時(shí)，就會(huì )被反射回來(lái)送給雷達接收機；雷達接收機將目標的方位和距離確定后，向交流伺服電動(dòng)機送出電信號，交流伺服電動(dòng)機按照該電信號拖動(dòng)雷達天線(xiàn)跟蹤目標轉動(dòng)。

　　根據使用電源的不同，伺服電動(dòng)機分為直流伺服電動(dòng)機和交流伺服電動(dòng)機兩大類(lèi)。直流伺服電動(dòng)機輸出功率較大，功率范圍為1～600瓦，有的甚至可達上千瓦；而交流伺服電動(dòng)機輸出功率較小，功率范圍一般為0.1～100瓦。

　　伺服電機內部結構

　　伺服電機可使控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動(dòng)控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動(dòng)控制系統中，用作執行元件，且具有機電時(shí)間常數小、線(xiàn)性度高、始動(dòng)電壓等特性，可把所收到的電信號轉換成電動(dòng)機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機兩大類(lèi)，其主要特點(diǎn)是，當信號電壓為零時(shí)無(wú)自轉現象，轉速隨著(zhù)轉矩的增加而勻速下降。

　　伺服電機的工作原理

　　1、伺服系統（servomechanism）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（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統。伺服主要靠脈沖來(lái)定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個(gè)脈沖，就會(huì )旋轉1個(gè)脈沖對應的角度，從而實(shí)現位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉一個(gè)角度，都會(huì )發(fā)出對應數量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應，或者叫閉環(huán)，如此一來(lái)，系統就會(huì )知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時(shí)又收了多少脈沖回來(lái)，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉動(dòng)，從而實(shí)現精確的定位，可以達到0.001mm。直流伺服電機分為有刷和無(wú)刷電機。有刷電機成本低，結構簡(jiǎn)單，啟動(dòng)轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（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(chǎng)合。

　　無(wú)刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動(dòng)平滑，力矩穩定?？刂茝碗s，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換相。電機免維護，效率很高，運行溫度低，電磁輻射很小，長(cháng)壽命，可用于各種環(huán)境。

　　2、交流伺服電機也是無(wú)刷電機，分為同步和異步電機，目前運動(dòng)控制中一般都用同步電機，它的功率范圍大，可以做到很大的功率。大慣量，最高轉動(dòng)速度低，且隨著(zhù)功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩運行的應用。

　　3、伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉子在此磁場(chǎng)的作用下轉動(dòng)，同時(shí)電機自帶的編碼器反饋信號給驅動(dòng)器，驅動(dòng)器根據反饋值與目標值進(jìn)行比較，調整轉子轉動(dòng)的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線(xiàn)數）。

　　交流伺服電機和無(wú)刷直流伺服電機在功能上的區別：交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉矩脈動(dòng)小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡(jiǎn)單，便宜。

　　伺服可作為交流或直流電動(dòng)機。早期一般伺服直流電動(dòng)機，因為只有類(lèi)型的控制大電流是通過(guò)序列多年。隨著(zhù)晶體管成為能夠控制大電流和開(kāi)關(guān)的大電流在更高的頻率，交流伺服電機成為更經(jīng)常地使用。早期伺服是專(zhuān)為伺服放大器。今天，一類(lèi)是電機設計的應用，籌措，可能使用伺服放大器或變頻控制器，這意味著(zhù)電動(dòng)機可用于伺服系統在一個(gè)應用程序，并使用變頻驅動(dòng)器在另一應用程序。有些公司還要求任何閉環(huán)系統，不使用步進(jìn)電機伺服系統，所以它是可能的一個(gè)簡(jiǎn)單的交流感應電機是連接到一個(gè)速度控制器，被稱(chēng)為伺服電機。

　　有些變化，必須作出任何運動(dòng)，目的是作為伺服在cludes的能力，運作了一系列的速度沒(méi)有過(guò)熱，運作的能力在零速度和保持足夠的轉矩舉行負荷的立場(chǎng)，運作能力在非常低的速度很長(cháng)時(shí)間沒(méi)有過(guò)熱。老年型發(fā)動(dòng)機冷卻風(fēng)扇已是直接連接到電機軸。當電機運行速度緩慢，風(fēng)扇不會(huì )移動(dòng)足夠的空氣冷卻的發(fā)動(dòng)機。較新的發(fā)動(dòng)機有一個(gè)單獨的風(fēng)機安裝，以便將提供最佳的冷卻空氣。這扇是由常數電壓源，以便它反過(guò)來(lái)將在最大轉速在任何時(shí)候都不管的速度伺服。其中最實(shí)用類(lèi)型的電機伺服系統是永久磁鐵（下午）型發(fā)動(dòng)機。電壓為外地繞組永磁型電機可以交流電壓或直流電壓。永磁型電機類(lèi)似于其他類(lèi)型電機下午以前提出。圖11-83顯示了剖圖片的永磁電機和圖。 11-84顯示了剖圖的永磁電機。從圖片和圖表可以看到住房，轉子和定子都期待非常相似，前型永磁電動(dòng)機。主要的差異這種類(lèi)型的發(fā)動(dòng)機，它可能減少齒輪能夠將更大的負荷迅速從一個(gè)站著(zhù)不動(dòng)的位置。這種類(lèi)型的永磁電機也有一個(gè)編碼器或解析器內置馬達的住房。這確保了設備將準確地表明了立場(chǎng)或速度的電機軸。

　　無(wú)刷伺服無(wú)刷伺服電機的目的是開(kāi)展活動(dòng)，刷子。這意味著(zhù)，減刑的刷子提供現在必須以電子方式提供。電子減刑是由開(kāi)關(guān)晶體管和關(guān)閉在適當時(shí)候。圖11-85表明三個(gè)例子的電壓和電流波形發(fā)送到無(wú)刷伺服電機。圖11-86顯示一個(gè)例子，這三個(gè)繞組的無(wú)刷伺服電機。主要的一點(diǎn)無(wú)刷servomo因子是，它可以采用任何交流電壓或直流電壓。

　　圖11-85顯示三種類(lèi)型的電壓波形，可用于功率無(wú)刷伺服電機。圖11 - 85a顯示了梯形電動(dòng)勢（電壓）輸入和方波電流輸入。圖11 - 85b顯示波形的正弦輸入電壓和方波電流波形。圖11 - 85C號顯示了正弦輸入波形和正弦電流波形。正弦輸入和正弦電流波形是最受歡迎的電壓用品的無(wú)刷伺服電機。

　　圖11-86表明三套晶體管類(lèi)似的晶體管輸出級的變頻驅動(dòng)器。在圖。11-86a晶體管相連的三個(gè)繞組電機以同樣的方式在變頻驅動(dòng)器。在圖。一升-86b圖的波形的輸出晶體管表現為三個(gè)不同的正弦波。波形的控制電路為基礎，每一個(gè)transis器中顯示圖。11-86c。圖11-86d表明了反電勢的驅動(dòng)波形。

　　圖11-85 （a）陷阱ezoidal輸入電壓和方波電流波的形式。（b）正弦輸入電壓和正弦電壓和方波輸出電壓波的形式。（c）正弦輸入電壓和sinusoi達電流波形。這已成為最流行的類(lèi)型的無(wú)刷伺服控制。

　　伺服控制器

　　伺服控制器已成為不僅僅是放大器的伺服電機。今天，伺服控制器必須能夠作出了一系列決定，并提供一種手段，接收信號來(lái)自外部傳感器和控制系統中，并發(fā)出信號，主機控制器和PLC的接口，可能與伺服系統。圖11-87顯示了圖片的幾個(gè)伺服電機和放大器。各組成部分在這個(gè)圖片看起來(lái)類(lèi)似的各種其他類(lèi)型的電機和控制器。

　　圖11-88顯示了圖伺服控制器，以便您可以看到一些分歧與其他類(lèi)型的電機控制器。該控制器在此圖是直流伺服電機。該控制器有三個(gè)港口，使信號或發(fā)送信號的控制器。電源供應器，伺服電機，和轉速表連接到端口P3底部的控制器。你可以看到，電源電壓為115伏單相交流。一個(gè)主要的斷開(kāi)連接的一系列與李線(xiàn)。在李和N線(xiàn)路供電的隔離降壓變壓器。二次電壓跨前可以是任何電壓的20和85伏特。該控制器接地端8 。你應該記住，地面在這一點(diǎn)上是用來(lái)提供短路保護所有金屬部件的系統。

　　該伺服電機連接到終端控制器在第4和第5 。終端5 +和終端4 -。 3號候機樓提供了地面的屏蔽的連接線(xiàn)，電機和控制器。在轉速表連接到終端1和2 。 2號候機樓是+和終點(diǎn)站1 -。在此盾構電纜接地電動(dòng)機案件。電線(xiàn)連接到這個(gè)港口將大于導線(xiàn)連接到其他港口，因為它們必須能夠攜帶更大的電機電流。如果電動(dòng)機采用了外置散熱風(fēng)扇，這將是連接通過(guò)這個(gè)港口。在大多數情況下，冷卻風(fēng)扇將采用單相或三相交流電壓保持在恒定的水平，如110伏或240伏。

　　圖11-86 （a）sistors連接到三個(gè)繞組的無(wú)刷伺服電機。（b）波形的三個(gè)獨立的電壓，用于功率電機的三個(gè)風(fēng)消息。（c）波形的信號用來(lái)控制晶體管序列，提供了波形圖前，（d）波形的整體反電勢。

　　圖11-88圖的伺服控制器。此圖顯示的數字（開(kāi)關(guān)）信號和模擬信號發(fā)送到控制器，以及信號控制器傳送回主機控制器或PLC 。

　　該命令的信號被送到控制器通過(guò)港口。該終端的指揮信號的1和2 。 1號候機樓是+和終端2 -。這種信號是一種信號，這意味著(zhù)它不是停飛或不同意的理由可能同任何其他部分的電路。一些額外的輔助信號也通過(guò)端口連接1 。這些信號包括抑制（異煙肼） ，這是用來(lái)停用駕駛從外部控制器，并正向和反向的命令（剛果和吸波涂層） ，其中向控制器發(fā)出電壓電機，使之將在旋轉向前或扭轉方向化。在某些應用中，最大的旅行著(zhù)限位開(kāi)關(guān)和反向最大的旅行限位開(kāi)關(guān)連接，如果旅行的機器動(dòng)作的極端位置，以便它觸及了overtravel限位開(kāi)關(guān)，它會(huì )自動(dòng)激發(fā)干勁，開(kāi)始旅行相反的方向發(fā)展。

　　港口還提供了幾個(gè)數字輸出信號，可以用來(lái)發(fā)送故障信號或其他信息，如“驅動(dòng)器運行”回到主控制器或PLC。港口基本上是界面的全數字化（開(kāi)關(guān)）信號。

　　港口的P2是界面的模擬（ 0 -最大值）的信號。典型的信號，這車(chē)包括電機電流和電機速度信號，傳送至伺服控制器到主機或公司，在這里他們可以用來(lái)驗證邏輯，以確?？刂破靼l(fā)出正確的信息的馬達。輸入信號從主機或PLC還可以被發(fā)送到控制器設置最大電流和速度的驅動(dòng)器。在新的數字驅動(dòng)器，這些值控制的驅動(dòng)器參數，編程到驅動(dòng)器。