伺服電機原理及選型規(guī)則

1、伺服電機原理及選型規(guī)則2011-8-4 8:00:00 來源：摘要：是在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機是可以連續(xù)旋轉的電機械轉換器。作為液壓閥控制器的伺服電機，屬于功率很小的微特電機，以永磁式直流伺服電機和并激式直流伺服電機最為常用。關鍵詞：伺服系統(tǒng) 發(fā)動機 馬達 變速裝置 伺服電機什么是伺服電機？伺服電機：是在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉的發(fā)動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機是可以連續(xù)旋轉的電機械轉換器。作為液壓閥控制器的伺服電機，屬于功率很小的微特電機，以永磁式直流伺服電機和并激式直流伺服電機最為常用。 伺服電機的作用：伺服電機可使

2、控制速度，位置精度非常準確。 伺服電機的分類：直流伺服電機和交流伺服電機。直流伺服電機的輸出轉速與輸入電壓成正比，并能實現正反向速度控制。具有起動轉矩大，調速范圍寬，機械特性和調節(jié)特性的線性度好，控制方便等優(yōu)點，但換向電刷的磨損和易產生火花會影響其使用壽命。近年來出現的無刷直流伺服電機避免了電刷摩擦和換向干擾，因此靈敏度高，死區(qū)小，噪聲低，壽命長，對周圍電子設備干擾小。 直流伺服電機的輸出轉速/輸入電壓的傳遞函數可近似視為一階遲后環(huán)節(jié)，其機電時間常數一般大約在十幾毫秒到幾十毫秒之間。而某些低慣量直流伺服電機（如空心杯轉子型、印刷繞組型、無槽型）的時間常數僅為幾毫秒到二十毫秒

3、。 小功率規(guī)格的直流伺服電機的額定轉速在3000r/min以上，甚至大于10000r/min。因此作為液壓閥的控制器需配用高速比的減速器。而直流力矩伺服電機（即低速直流伺服電機）可在幾十轉/分的低速下，甚至在長期堵轉的條件下工作，故可直接驅動被控件而不需減速。直流伺服電機分為有刷和無刷電機。 有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產生電磁干擾，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)和民用場合。 無刷電機體積小，重量輕，出力大，響應快，速度高，慣量小，轉動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝碗s，容易實現智能化，其電子

4、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，長壽命，可用于各種環(huán)境。 交流伺服電機也是無刷電機，分為同步和異步電機，目前運動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，最高轉動速度低，且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。交流伺服電機的工作原理 伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數）。 交流伺服

5、電機和無刷直流伺服電機在功能上有什么區(qū)別？ 交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉矩脈動小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單，便宜。 永磁交流伺服電動機 20世紀80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術和交流可變速驅動技術的發(fā)展，永磁交流伺服驅動技術有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅動器系列產品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數字控制的正弦波電動機伺服驅動。交流伺服驅動裝置在傳動領域的發(fā)展日新月異。永

6、磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有： 無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。 定子繞組散熱比較方便。 慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。 適應于高速大力矩工作狀態(tài)。 同功率下有較小的體積和重量。步進電機和交流伺服電機性能比較 步進電機是一種離散運動的裝置，它和現代數字控制技術有著本質的了解。在目前國內的數字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統(tǒng)的出現，交流伺服電機也越來越多地應用于數字控制系統(tǒng)中。為了適應數字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。

7、雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異?，F就二者的使用性能作一比較。 一、控制精度不同 兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、 1.8°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機，其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGER LAHR）生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.1

8、8°、0.09°、0.072°、 0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。 交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。 二、低頻特性不同

9、0;步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。 交流伺服電機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調整。 三、矩頻特性不同 步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，

10、所以其最高工作轉速一般在300600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。 四、過載能力不同 步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。 五、運行性能不同 步進電機

11、的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。 六、速度響應性能不同 步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以松下MSMA 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能

12、方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。交流伺服電機原理。交流伺服電動機定子的構造基本上與電容分相式單相異步電動機相似，其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上；另一個是控制繞組L，聯接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。 交流伺服電動機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這

13、兩個特點。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子，空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩(wěn)，因此被廣泛采用。 交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內只有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動。當有控制電壓時，定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉，在負載恒定的情況下，電動機的轉速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉。

14、0;電動機選型參考：在購置電動機時怎樣選型，如何來選則！ 下面我就這方面涉及的問題作出以下的介紹，希望對您有所幫助！ 首先，就是電機結構形式的選擇: 我們主要是根據使用環(huán)境來選擇電動機結構形式: 1.在正常環(huán)境條件下,一般采用防護式電動機;在粉塵較多的工作場所,采用封閉式電動機; 2.在濕熱帶地區(qū)或比較潮濕的場所,盡量采用濕熱帶型電動機; 3.在露天場所使用,采用戶外型電動機,若有防護措施,也可采用封閉式或防護式電動機; 4.在高溫工作場所,應根據環(huán)境溫度,選用相應絕緣等級的電動機,并加強通風改善電動機工作條件; 

15、5.在有爆炸危險場所,必須選用防爆型電動機; 6.在有腐蝕氣體的場所,應選用防腐式電動機. 其次,是對電動機類型的選擇：不需要調速的機械裝置應優(yōu)先選用籠型異步電動機; 對于負載周期性波動的長期工作機械,宜用繞線型異步電動機; 需要補償電網功率因數及獲得穩(wěn)定的工作速度時,優(yōu)先選用同步電動機; 只需要幾種速度,但不要求調速時,選用多速異步電動機,采用轉換開關等來切換你所需要的工作速度; 需要大的起動轉矩和恒功率調速的機械,宜選用直流電動機; 起制動和調速要求較高的機械,可選用直流電動機或帶調速裝置的交流電動機; 需要自

16、動伺服控制的情況下，需要選擇伺服電機。 再其次,我們來看看電機轉速的選擇：電動機轉速應符合機械傳動的要求。在市電標準頻率(50HZ)作用下,由于磁極對數不同,異步電動機同步轉速有3000/min,500 r/min,1000r/min,750/r/min,600r/min等幾種.由于存在轉差率,其實際轉速比同步轉速低2-5%. 因此,選擇電機轉速方法如下： 對于不需要調速的機械，一般選用與之轉速接近的電機，這樣電機就可以方便地與機械轉軸通過聯軸器直接連接； 對于不需調速的低轉速的傳動,一般選用稍高轉速的電機,通過減速機來傳動,但電機轉速不應過高.一般,可優(yōu)先選用同步轉速1500r/min的電機,因為在這個轉速的電機適應性最好; 您的機械裝置的輸出轉速比較低而電動機的轉速又很高那怎么辦? 那您就要考慮使用帶減速器的電機(馬達)或者和減速機配套使用!建議您選用進口的品牌電機及減速機,因為國外的技術較好地解決了電機、減速機體