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日期：2021-03-16
伺服电机
伺服一词源于希腊语奴隶的意思。伺服电机可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机:在控制信号发出之前，转子是静止的；当控制信号发出时，转子会立即旋转；当控制信号消失时，转子可以立即停止。
伺服电机是自动控制装置中作为执行元件使用的微型电机，其功能是将电信号转换为旋转轴的角位移和角速度。伺服电机也称为执行电机，在自动控制系统中作为执行元件使用，将收到的电信号转换为电机轴的角位移和角速度输出。
伺服电机分类。
伺服电机分为交流伺服电机和直流伺服电机。
交流伺服电机的基本结构类似于交流感应电机(异步电机)。定子上有两个相空间位移90°电角的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，连接恒定交流电压，通过施加到Wc上的交流电压或相位变化来控制电机的运行。交流伺服电机运行稳定，可控性好，响应快，灵敏度高，机械特性和调节特性非线性指标严格(要求分别小于10%~15%和15%~25%)。
直流伺服电机的优缺点
优点:速度控制准确，扭矩速度特性硬，控制原理简单，使用方便，价格低廉。
缺点:电刷换向、速度限制、附加阻力、磨损颗粒(无尘易爆环境不宜)。
DC伺服马达的基本结构类似于普通DC马达。马达转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua,Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，可以控制DC伺服马达的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁直流伺服马达中，励磁绕组被永久磁铁取代，磁通φ不变。DC伺服马达具有良好的线性调节特性和快速的时间响应。
交流伺服电机的优缺点。
优点:速度控制特性好，可在整个速度区实现平滑控制，几乎无振动，90%以上效率高，发热少，高速控制，高精度位置控制(根据编码器精度)，在额定运行区实现恒力矩，惯量低，噪音低，刷子磨损
缺点:控制复杂，驱动参数需要现场调整PID参数来确定，需要更多的连接。
DC伺服电机分为有刷电机和无刷电机。
有刷电机成本低，结构简单，启动扭矩大，调速范围宽，易于控制，需要维护，但维护方便(更换碳刷)，产生电磁干扰，对使用环境有要求，常用于一般工业和民用场合，对成本敏感。
无刷电机体积小、重量轻、输出大、响应快、速度高、惯性小、扭矩稳定、转动平滑、控制复杂、智能化、电子换相方式灵活、方波或正弦波换相、电机免维护、节能、电磁辐射小、温升低、使用寿命长，适用于各种环境。
交流伺服电机也是无刷电机，分为同步电机和异步电机。目前，同步电机通常用于运动控制。它的功率范围很大，功率可以很大，惯性很大，高转速很低。随着功率的增加，转速均匀下降，适用于低速稳定运行的场合。
伺服电机内部的转子是永久磁铁，驱动器控制U/V/W三相电形成电磁场，转子在该磁场的作用下旋转，同时电机附带的编码器将反馈信号传递给驱动器，比较反馈值和目标值，调整转子旋转的角度，伺服电机的精度
问题。
交流伺服电机和无刷DC伺服电机的性能有什么区别？
交流伺服电机性能更好，因为交流伺服由正弦波控制，扭矩脉动小；无刷DC伺服由梯形波控制。但无刷DC伺服控制相对简单便宜。
随着永磁交流伺服驱动技术的快速发展，直流伺服系统面临着被淘汰的危机[/p][p=30,2,left]自20世纪80年代以来，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取得了长足的进步，知名电气厂商纷纷推出新的交流伺服电机和伺服驱动系列产品。交流伺服系统已经成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使得直流伺服系统面临着被淘汰的危机。
与DC伺服电机相比，永磁交流伺服电机的主要优点如下：
(1)无电刷和换向器，运行更可靠，无需维护。
㈡定子绕组的发热大大降低。
(3)惯性小，系统响应快。
㈣高速大扭矩工作状态良好。
同样功率下，体积小，重量轻。
伺服电机原理。
交流伺服电机定子的结构基本上类似于电容分相单相异步电机。它的定子上有两个位置相差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它总是连接到交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，连接到控制信号电压Uc。因此，交流伺服电机也被称为两个伺服电机。
交流伺服电机的转子通常是鼠笼式的，但为了使伺服电机具有较宽的调速范围和线性的机械特性，没有自转现象和快速响应的性能，它应该具有转子电阻大、转动惯量小两个特点。目前广泛使用的转子结构有两种形式:一种是由高电阻导电材料制成的高电阻导电条的鼠笼转子。为了减少转子的转动惯量，转子做得很细；另一种是由铝合金制成的中空杯形转子，杯壁只有0.2-0.3毫米，中空杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，运行稳定，因此被广泛使用。
当交流伺服电机没有控制电压时，定子中只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子是静止的。当有控制电压时，定子中会产生旋转磁场，转子会沿着旋转磁场的方向旋转。当负载恒定时，电机的转速随着控制电压的大小而变化。当控制电压相反时，伺服电机会反转。
交流伺服电机的工作原理与电容式单相异步电机相似，但前者的转子电阻远大于后者，因此伺服电机与电容式异步电机相比有两个显着特征
1.启动扭矩大:由于转子电阻大，扭矩特性(机械特性)接近线性，具有较大的启动扭矩。因此，当定子具有控制电压时，转子立即旋转，具有启动快、灵敏度高的特点。
2.运行范围广:运行平稳，噪音低。[/p][p=30，2，left]3.无旋转现象:运行中的伺服电机只要失去控制电压，电机就会立即停止运行。
精密传动微电机。
精密传动微电机可以在系统中快速正确地执行频繁变化的指令，驱动伺服机构完成指令所期望的工作，大多能满足以下要求:
1.能频繁启动、停止、制动、反转、低速运转，机械强度高，耐热等级高，绝缘等级高。
2.快速相应能力好，扭矩大，转动惯性小，时间常数小。
3.带驱动和控制器(如伺服马达、步进马达)，控制性能良好。
4.可靠性高，精度高。
精密传动微电机的类型、结构和性能如下:
交流伺服电机。
(1)笼式两相交流伺服电机(细长笼式转子，机械特性接近线性，体积和励磁电流小，功率伺服小，低速运平稳)。
(2)非磁杯转子两相交流伺服电机(中空杯转子、机械特性接近线性、体积和励磁电流大、小功率伺服、低速平稳运行)。
(3)铁磁杯转子两相交流伺服电机(铁磁材料杯转子，机械特性接近线性，转子转动惯性大，齿槽效应小，运行稳定)。
(4)同步永磁交流伺服电机(由永磁同步电机、测速测量器和位置检测元件同轴一体机组组成，定子为3相或2相，磁性材料转子必须配备驱动器；调速范围宽，机械特性由恒转矩区和恒功率区组成，可连续堵转，相应性能好，输出功率大，转矩波动小；有方波驱动和正弦波驱动两种方式，控制性能好，是机电一体化产品)。
(5)异步三相交流伺服电机(转子类似于笼式异步电机，必须配备驱动器，采用矢量控制，扩大了恒功率调速范围，多用于机床主轴调速系统)。
DC伺服马达
(1)印刷绕组DC伺服电机(圆盘转子、圆盘定子轴向粘接圆柱磁钢，转子转动惯量小，无齿槽效应，无饱和效应。
伺服一词源于希腊语奴隶的意思。伺服电机可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机:在控制信号发出之前，转子是静止的；当控制信号发出时，转子会立即旋转；当控制信号消失时，转子可以立即停止。
伺服电机是自动控制装置中作为执行元件使用的微型电机，其功能是将电信号转换为旋转轴的角位移和角速度。伺服电机也称为执行电机，在自动控制系统中作为执行元件使用，将收到的电信号转换为电机轴的角位移和角速度输出。
伺服电机分类。
伺服电机分为交流伺服电机和直流伺服电机。
交流伺服电机的基本结构类似于交流感应电机(异步电机)。定子上有两个相空间位移90°电角的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf，连接恒定交流电压，通过施加到Wc上的交流电压或相位变化来控制电机的运行。交流伺服电机运行稳定，可控性好，响应快，灵敏度高，机械特性和调节特性非线性指标严格(要求分别小于10%~15%和15%~25%)。
直流伺服电机的优缺点
优点:速度控制准确，扭矩速度特性硬，控制原理简单，使用方便，价格低廉。
缺点:电刷换向、速度限制、附加阻力、磨损颗粒(无尘易爆环境不宜)。
DC伺服马达的基本结构类似于普通DC马达。马达转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua,Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，可以控制DC伺服马达的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁直流伺服马达中，励磁绕组被永久磁铁取代，磁通φ不变。DC伺服马达具有良好的线性调节特性和快速的时间响应。
交流伺服电机的优缺点。
优点:速度控制特性好，可在整个速度区实现平滑控制，几乎无振动，90%以上效率高，发热少，高速控制，高精度位置控制(根据编码器精度)，在额定运行区实现恒力矩，惯量低，噪音低，刷子磨损
缺点:控制复杂，驱动参数需要现场调整PID参数来确定，需要更多的连接。
DC伺服电机分为有刷电机和无刷电机。
有刷电机成本低，结构简单，启动扭矩大，调速范围宽，易于控制，需要维护，但维护方便(更换碳刷)，产生电磁干扰，对使用环境有要求，常用于一般工业和民用场合，对成本敏感。
无刷电机体积小、重量轻、输出大、响应快、速度高、惯性小、扭矩稳定、转动平滑、控制复杂、智能化、电子换相方式灵活、方波或正弦波换相、电机免维护、节能、电磁辐射小、温升低、使用寿命长，适用于各种环境。
交流伺服电机也是无刷电机，分为同步电机和异步电机。目前，同步电机通常用于运动控制。它的功率范围很大，功率可以很大，惯性很大，高转速很低。随着功率的增加，转速均匀下降，适用于低速稳定运行的场合。
伺服电机内部的转子是永久磁铁，驱动器控制U/V/W三相电形成电磁场，转子在该磁场的作用下旋转，同时电机附带的编码器将反馈信号传递给驱动器，比较反馈值和目标值，调整转子旋转的角度，伺服电机的精度
问题。
交流伺服电机和无刷DC伺服电机的性能有什么区别？
交流伺服电机性能更好，因为交流伺服由正弦波控制，扭矩脉动小；无刷DC伺服由梯形波控制。但无刷DC伺服控制相对简单便宜。
随着永磁交流伺服驱动技术的快速发展，直流伺服系统面临着被淘汰的危机[/p][p=30,2,left]自20世纪80年代以来，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取得了长足的进步，知名电气厂商纷纷推出新的交流伺服电机和伺服驱动系列产品。交流伺服系统已经成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使得直流伺服系统面临着被淘汰的危机。
与DC伺服电机相比，永磁交流伺服电机的主要优点如下：
(1)无电刷和换向器，运行更可靠，无需维护。
㈡定子绕组的发热大大降低。
(3)惯性小，系统响应快。
㈣高速大扭矩工作状态良好。
同样功率下，体积小，重量轻。
伺服电机原理。
交流伺服电机定子的结构基本上类似于电容分相单相异步电机。它的定子上有两个位置相差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它总是连接到交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，连接到控制信号电压Uc。因此，交流伺服电机也被称为两个伺服电机。
交流伺服电机的转子通常是鼠笼式的，但为了使伺服电机具有较宽的调速范围和线性的机械特性，没有自转现象和快速响应的性能，它应该具有转子电阻大、转动惯量小两个特点。目前广泛使用的转子结构有两种形式:一种是由高电阻导电材料制成的高电阻导电条的鼠笼转子。为了减少转子的转动惯量，转子做得很细；另一种是由铝合金制成的中空杯形转子，杯壁只有0.2-0.3毫米，中空杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，运行稳定，因此被广泛使用。
当交流伺服电机没有控制电压时，定子中只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子是静止的。当有控制电压时，定子中会产生旋转磁场，转子会沿着旋转磁场的方向旋转。当负载恒定时，电机的转速随着控制电压的大小而变化。当控制电压相反时，伺服电机会反转。
交流伺服电机的工作原理与电容式单相异步电机相似，但前者的转子电阻远大于后者，因此伺服电机与电容式异步电机相比有两个显着特征
1.启动扭矩大:由于转子电阻大，扭矩特性(机械特性)接近线性，具有较大的启动扭矩。因此，当定子具有控制电压时，转子立即旋转，具有启动快、灵敏度高的特点。
2.运行范围广:运行平稳，噪音低。[/p][p=30，2，left]3.无旋转现象:运行中的伺服电机只要失去控制电压，电机就会立即停止运行。
精密传动微电机。
精密传动微电机可以在系统中快速正确地执行频繁变化的指令，驱动伺服机构完成指令所期望的工作，大多能满足以下要求:
1.能频繁启动、停止、制动、反转、低速运转，机械强度高，耐热等级高，绝缘等级高。
2.快速相应能力好，扭矩大，转动惯性小，时间常数小。
3.带驱动和控制器(如伺服马达、步进马达)，控制性能良好。
4.可靠性高，精度高。
精密传动微电机的类型、结构和性能如下:
交流伺服电机。
(1)笼式两相交流伺服电机(细长笼式转子，机械特性接近线性，体积和励磁电流小，功率伺服小，低速运平稳)。
(2)非磁杯转子两相交流伺服电机(中空杯转子、机械特性接近线性、体积和励磁电流大、小功率伺服、低速平稳运行)。
(3)铁磁杯转子两相交流伺服电机(铁磁材料杯转子，机械特性接近线性，转子转动惯性大，齿槽效应小，运行稳定)。
(4)同步永磁交流伺服电机(由永磁同步电机、测速测量器和位置检测元件同轴一体机组组成，定子为3相或2相，磁性材料转子必须配备驱动器；调速范围宽，机械特性由恒转矩区和恒功率区组成，可连续堵转，相应性能好，输出功率大，转矩波动小；有方波驱动和正弦波驱动两种方式，控制性能好，是机电一体化产品)。
(5)异步三相交流伺服电机(转子类似于笼式异步电机，必须配备驱动器，采用矢量控制，扩大了恒功率调速范围，多用于机床主轴调速系统)。
DC伺服马达
(1)印刷绕组DC伺服电机(圆盘转子、圆盘定子轴向粘接圆柱磁钢，转子转动惯量小，无齿槽效应，无饱和效应。
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