伺服电机原理

伺服电机原理

服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

工作原理：
1、伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、
状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以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，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。
2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。
3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。
交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。

伺服电机中的“伺服”二字，从字面上理解，可作“伺候”与“服务”讲，“伺候”与“服务”者肯定要跟随其伺候与服务的对象咯，所以“伺服”的含义是“跟随”控制信号的意思。伺服电动机作为自动控制系统中跟随控制信号的执行元件，因此又称为“执行电动机”。伺服器对电机的作用就是提供一个电压大小可控，电压相位与励磁电压相差90度电角度的控制电压信号。 伺服电动机与普通异步电机的最大区别是转子电阻比较大，大到使发生最大电磁转矩的转差率sm>1。其具体原理如下： 伺服电动机的结构实际上与普通两相交流异步电动机没有什么区别。伺服电动机的定子有两相相差120度电角度的交流绕组，分别称为励磁绕组和控制绕组，其转子就是普通的笼型异步电动机的鼠笼绕组。使用时，励磁绕组接单相交流电，在气隙产生脉振磁场，转子绕组不产生电磁转矩，电动机不工作。当控制绕组接上相位与励磁绕组相差90度电角度的交流电时，电动机的气隙便有旋转磁场产生，转子将产生电磁转矩转动。当控制绕组的控制电压信号撤除后，如果是普通电机，由于转子电阻较小，（根据双旋转理论）脉振磁场分解的两个旋转磁场各自产生的机械特性的合成结果是产生的电磁转矩大于零。因此，电机转子仍然保持转动，不能停止。而伺服电动机，由于转子电阻大，且大到使发生最大电磁转矩的转差率sm>1。脉振磁场分解的两个旋转磁场各自产生的机械特性的合成结果是产生的电磁转矩小于零，也就是产生的电磁转矩是制动转矩，电机将在这个制动转矩作用下将很快停止转动。 伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。 伺服电机是加有反馈的闭环控制的电机，电机是鼠笼的，也许定子、转子形状不同有好几种类型。 但同步电机是没有反馈的开环电机。同步电机的转子是永磁的。 普通三相交流电机转子是鼠笼的没有磁性。这就是区别。 两者不是一个概念。 伺服电机可以是普通电机+编码器+伺服驱动器。靠伺服驱动器控制消除电机的滑差。所以无论有没有负载都很准确的达到所要的转速或位置。 同步电机在空载下可能同步，但负载超过一定量的时候就不能同步了。 伺服电机一般为永磁式同步电动机，驱动数控机床上的x/y/z轴台面，电机电机后带绝对编码器或增量编码器作为位置反馈。一般不使用鼠笼异步电动机。 数控机床上的主轴电机也带编码器，但分辨率没有伺服电机编码器的分辨率高，同时由于随动性能要求不高，一般使用鼠笼异步电动机，这样成本可以低一些。