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　　伺服电机servomotor

　　“伺服”一个词来自希腊语“奴隶”的意思。“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号命令的电机：转子在控制信号发出前保持静止;当控制信号发出时，转子立即旋转;当控制信号消失时，转子可以立即停止。

　　伺服电机是一种微型特殊电机，用作自动控制装置中的执行器。其功能是将电信号转换为转轴的角位移或角速度。伺服电机，也称为执行电机，在自动控制系统中用作执行器，将接收到的电信号转换为电机轴上的角位移或角速度输出。

　　02

　　伺服电机的分类

　　伺服电机分为交流伺服和直流伺服。

　　交流伺服电机的基本结构类似于交流感应电机(异步电机)。定子上有两个相位移90°励磁绕组的电角Wf和控制绕组WcoWf，连接恒定交流电压，施加到Wc控制电机运行的目的是改变上述交流电压或相位。交流伺服电机运行稳定.可控性好.响应快速.非线性指标，灵敏度高，机械特性和调节特性严格(要求分别小于10%~15%和15%~25%)等。

　　直流伺服电机的优缺点

　　优点：速度控制准确，扭矩速度特性非常硬，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，产生磨损颗粒(无尘易爆环境不宜)。

　　DC伺服电机的基本结构与一般DC电机相似。电机转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，电枢的反电动势型中E，K为常数，j为每极磁通，Ua.Ia电枢电压和电枢电流，Ra更换电枢电阻Ua或改变φ，直流伺服电机的转速可以控制，但一般采用控制电枢电压的方法。在永磁直流伺服电机中，励磁绕组被永磁取代φ恒定。直流伺服电机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，可以在整个速度区内实现平稳控制，几乎没有振荡，效率高达90%以上，热量少，控制速度快，控制精度高(取决于编码器精度)。在额定运行区域，可以实现恒定扭矩、低惯性、低噪音、无电刷磨损、免维护(适用于无尘.易爆环境)。

　　缺点：控制比较复杂，需要现场调整驱动器参数PID需要更多的连接来确定参数。

　　直流伺服电机分为有刷电机和无刷电机。

　　刷式电机成本低，结构简单，起动扭矩大，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，通常用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

　　无刷电机体积小，重量轻，输出响应快，惯性速度小，扭矩稳定，旋转平稳，控制复杂，智能，电子相变灵活，可改变方波或正弦波，电机维护免费，高效节能，电磁辐射小，温升寿命长，适合各种环境。

　　交流伺服电机也是一种无刷电机，分为同步电机和异步电机。目前，同步电机一般用于运动控制。其功率范围大，功率大，惯性大，最高速度低。速度随着功率的增加而均匀下降。适用于低速稳定运行。

　　伺服电机内的转子是永磁铁，由驱动器控制U/V/W三相电形成电磁场，转子在这个磁场的作用下旋转。同时，电机的编码器将反馈信号传递给驱动器，并将反馈值与目标值进行比较，从而调整转子旋转的角度。伺服电机的精度取决于编码器的精度(线数)。

　　问

　　交流伺服电机和无刷直流伺服电机在性能上有什么区别?

　　答

　　交流伺服电机性能较好，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。然而，无刷DC伺服的控制相对简单且便宜。

　　随着永磁交流伺服驱动技术的飞速发展，直流伺服系统面临被淘汰的危机[//p][p=30，2，left]20世纪80年代以来，随着集成电路的发展.随着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突出的发展。各国著名的电气制造商不断推出新的交流伺服电机和伺服驱动系列产品。交流伺服系统已成为当代高性能伺服系统的主要发展方向，使DC伺服系统面临被淘汰的危机。

　　与直流伺服电机相比，永磁交流伺服电机的主要优点是：

　　⑴无电刷和换向器，操作更可靠，免维护。

　　⑵大大降低了定子绕组的发热。

　　⑶系统惯量小，快速响应性好。

　　⑷高速大扭矩工作状态良好。

　　⑸体积小重量轻，功率相同。

　　03

　　伺服电机原理

　　交流伺服电机定子的结构与电容分相单相异步电动机基本相似。定子上有两个位置，相差90。°一个是励磁绕组Rf，它始终连接到交流电压Uf上;另一个是控制绕组L，连接控制信号电压Uc。因此交流伺服电机又称两种伺服电机。

　　交流伺服电机的转子通常制成鼠笼式，但为了使伺服电机具有广泛的调速范围.没有线性机械特性“自转”与普通电机相比，现象和快速响应性能应具有转子电阻大、转子惯性小两个特点。目前，转子结构有两种形式：一种是由高电阻率导电材料制成的鼠笼转子，为了减少转子的转子惯性，转子细长;另一种是由铝合金制成的空心杯形转子，杯壁仅为0.2-0.3mm，空心杯形转子的旋转惯量很小，反应迅速，运行平稳，因此得到了广泛的应用。

　　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，转子静止。当有控制电压时，定子中会产生一个旋转磁场，转子沿着旋转磁场的方向旋转。当负载恒定时，电机的转速随控制电压的大小而变化。当控制电压的相位相反时，伺服电机将反转。

　　虽然交流伺服电机的工作原理与电容运行单相异步电机相似，但前者的转子电阻远大于后者，因此伺服电机与电容运行异步电机相比有两个明显的特点：

　　1.起动扭矩大:由于转子电阻大，扭矩特性(机械特性)更接近线性，起动扭矩大。因此，当定子有控制电压时，转子立即旋转，即具有快速启动.高灵敏度的特点。

　　2.运行范围宽：平稳运行.噪音小。p][p=30，2，left]3.无旋转现象：伺服电机在运行中，只要失去控制电压，电机立即停止运行。

　　04

　　精密传动微电机

　　“精密传动微电机”能够快速、正确地执行系统中频繁变化的指令，带动伺服机构完成指令所期望的工作，大部分能够满足以下要求:

　　1.可以频繁启动.停止.制动.反向和低速运行，机械强度高.耐热等级高.绝缘等级高。

　　2.快速相应能力好，转矩大，转动惯量小，时间常数小。

　　3.带有驱动器和控制器(如伺服电机(如.步进电机)，良好的控制性能。

　　4.可靠性高，精度高。

　　精密传动微电机的种类、结构和性能比较如下：

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　　交流伺服电机

　　(1)笼型两相交流伺服电机(细长笼型转子).机械特性近似线性.体积小，励磁电流小.小功率伺服.低速运行不够平稳)。

　　(2)非磁性杯转子两相交流伺服电机(空心杯转子(.机械特性近似线性.体积大，励磁电流大.小功率伺服.低速平滑运行)。

　　(3)铁磁杯转子两相交流伺服电机(铁磁杯转子.机械特性近似线性.转子转动惯量大.齿槽效应小.平稳运行)。

　　(4)同步永磁交流伺服电机(永磁同步电机).测速器和位置检测元件是同轴一体机组，定子为3相