什么是伺服电机？伺服电机的内部结构及其工作原理

什么是伺服电机？伺服电机的内部结构及其工作原理：

  （servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服可使控制速度，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，其主要特征是，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。

  伺服电动机又称执行电动机，它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出，改变输入信号的大小和极性能改变伺服电动机的转速与转向，输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。

  伺服电动机的种类多，用途广。例如在雷达天线系统中，雷达天线是由交流伺服电动机拖动的， 当天线发出去的无线电波遇到目标时，就会被反射回来送给雷达接收机；雷达接收机将目标的方位和距离确定后，向交流伺服电动机送出电信号，交流伺服电动机按照该电信号拖动雷达天线跟踪目标转动。

  根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1～600瓦，有些甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为0.1～100瓦。

  伺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，其主要特征是，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。

  1、伺服系统（servomechanism）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，基本上能这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，以此来实现位移，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，以此来实现精确的定位，能够达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构相对比较简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它能够适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，可用在所有环境。

  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，能做到很大的功率。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作比较，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。但直流伺服最简单，便宜。

  伺服可作为交流或直流电动机。早期一般伺服直流电动机，因为只有类型的控制大电流是通过序列多年。随着晶体管成为能够控制大电流和开关的大电流在更高的频率，交流伺服电机成为更经常地使用。早期伺服是专为伺服放大器。今天，一类是电机设计的应用，筹措，可能使用伺服放大器或变频控制器，这在某种程度上预示着电动机可用于伺服系统在一个应用程序，并使用变频驱动器在另一应用程序。有些公司还要求任何闭环系统，不使用步进电机伺服系统，所以它是可能的一个简单的交流感应电机是连接到一个速度控制器，被称为伺服电机。

  有些变化，必须作出任何运动，目的是作为伺服在cludes的能力，运作了一系列的速度没有过热，运作的能力在零速度和保持充足的转矩举行负荷的立场，运作能力在非常低的速度很长时间没过热。老年型发动机冷却风扇已是直接连接到电机轴。当电机工作速度缓慢，风扇不会移动足够的空气冷却的发动机。较新的发动机有一个单独的风机安装，以便将提供最佳的冷却空气。这扇是由常数电压源，以便它反过来将在最大转速在任何一个时间里都不管的速度伺服。其中最实用类型的电机伺服系统是永久磁铁（下午）型发动机。电压为外地绕组永磁型电机可以交流电压或直流电压。永磁型电机类似于别的类型电机下午以前提出。图11-83显示了剖图片的永磁电机和图。 11-84显示了剖图的永磁电机。从图片和图表能够正常的看到住房，转子和定子都期待非常相似，前型永磁电动机。主要的差异这种类型的发动机，它可能减少齿轮能够将更大的负荷迅速从一个站着不动的位置。这种类型的永磁电机也有一个编码器或解析器内置马达的住房。这确保了设备将准确地表明了立场或速度的电机轴。

  无刷伺服无刷伺服电机的目的是开展活动，刷子。这在某种程度上预示着，减刑的刷子提供现在必须以电子方式提供。电子减刑是由开关晶体管和关闭在适当时候。图11-85表明三个例子的电压和电流波形发送到无刷伺服电机。图11-86显示一个例子，这三个绕组的无刷伺服电机。主要的一点无刷servomo因子是，它能够使用任何交流电压或直流电压。

  图11-85显示三种类型的电压波形，可用于功率无刷伺服电机。图11 - 85a显示了梯形电动势（电压）输入和方波电流输入。图11 - 85b显示波形的正弦输入电压和方波电流波形。图11 - 85C号显示了正弦输入波形和正弦电流波形。正弦输入和正弦电流波形是最受喜爱的电压用品的无刷伺服电机。

  图11-86表明三套晶体管类似的晶体管输出级的变频驱动器。在图。11-86a晶体管相连的三个绕组电机以同样的方式在变频驱动器。在图。一升-86b图的波形的输出晶体管表现为三个不同的正弦波。波形的控制电路为基础，每一个transis器中显示图。11-86c。图11-86d表明了反电势的驱动波形。

  图11-85 （a）陷阱ezoidal输入电压和方波电流波的形式。（b）正弦输入电压和正弦电压和方波输出电压波的形式。（c）正弦输入电压和sinusoi达电流波形。这已成为最流行的类型的无刷伺服控制。

  伺服控制器已成为不单单是放大器的伺服电机。今天，伺服控制器一定要能作出了一系列决定，并提供一种手段，接收信号来自外部传感器和控制管理系统中，并发出信号，主机控制器和PLC的接口，可能与伺服系统。图11-87显示了图片的几个伺服电机和放大器。各组成部分在这个图片看起来类似的各种别的类型的电机和控制器。

  图11-88显示了图伺服控制器，以便您能够正常的看到一些分歧与别的类型的电机控制器。该控制器在此图是直流伺服电机。该控制器有三个港口，使信号或发送信号的控制器。电源供应器，伺服电机，和转速表连接到端口P3底部的控制器。你能够正常的看到，电源电压为115伏单相交流。一个主要的断开连接的一系列与李线。在李和N线路供电的隔离降压变压器。二次电压跨前可以是任何电压的20和85伏特。该控制器接地端8 。你应记住，地面在这一点上是用来提供短路保护所有金属部件的系统。

  该伺服电机连接到终端控制器在第4和第5 。终端5 +和终端4 -。 3号候机楼提供了地面的屏蔽的连接线，电机和控制器。在转速表连接到终端1和2 。 2号候机楼是+和终点站1 -。在此盾构电缆接地电动机案件。电线连接到这个港口将大于导线连接到其他港口，因为它们一定要能携带更大的电机电流。如果电动机采用了外置散热风扇，这将是连接通过这一个港口。在大多数情况下，冷却风扇将采用单相或三相交流电压保持在恒定的水平，如110伏或240伏。

  图11-86 （a）sistors连接到三个绕组的无刷伺服电机。（b）波形的三个独立的电压，用于功率电机的三个风消息。（c）波形的信号用来控制晶体管序列，提供了波形图前，（d）波形的整体反电势。

  图11-88图的伺服控制器。此图显示的数字（开关）信号和模拟信号发送到控制器，以及信号控制器传送回主机控制器或PLC 。

  该命令的信号被送到控制器通过港口。该终端的指挥信号的1和2 。 1号候机楼是+和终端2 -。这种信号是一种信号，这在某种程度上预示着它不是停飞或不同意的理由可能同任何别的部分的电路。一些额外的辅助信号也通过端口连接1 。这些信号包括抑制（异烟肼） ，这是用来停用驾驶从外部控制器，并正向和反向的命令（刚果和吸波涂层） ，其中向控制器发出电压电机，使之将在旋转向前或扭转方向化。在某些应用中，最大的旅行着限位开关和反向最大的旅行限位开关连接，如果旅行的机器动作的极端位置，以便它触及了overtravel限位开关，它会自动激发干劲，开始旅行相反的方向发展。

  港口还提供了几个数字输出信号，可拿来发送故障信号或别的信息，如“驱动器运行”回到主控制器或PLC。港口绝大多数都是界面的全数字化（开关）信号。

  港口的P2是界面的模拟（ 0 -最大值）的信号。典型的信号，这车包括电机电流和电机速度信号，传送至伺服控制器到主机或公司，在这里他们能够用来验证逻辑，以确保控制器发出正确的信息的马达。输入信号从主机或PLC还可以被发送到控制器设置最大电流和速度的驱动器。在新的数字驱动器，这些值控制的驱动器参数，编程到驱动器。