交流伺服电机内部结构图及原理

一、交流伺服电机结构图二、原理交流伺服电机在定子上装有两个位置互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L,联接控制信号电压Uc;所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机;交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式,但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无"自转"现象和快速响应的性能,它与普通电动机相比,应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点;目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小转子的转动惯量,转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅,为了减小磁路的磁阻,要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小,反应迅速,而且运转平稳,因此被广泛采用;交流伺服电动机在没有控制电压时,定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场,转子静止不动;当有控制电压时,定子内便产生一个旋转磁场,转子沿旋转磁场的方向旋转,在负载恒定的情况下,电动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,伺服电动机将反转;交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似,但前者的转子电阻比后者大得多,所以伺服电动机与单机异步电动机相比,有三个显着特点：1、起动转矩大,由于转子电阻大,其转矩特性曲线如图3中曲线1所示,与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比,有明显的区别;它可使临界转差率S0＞1,这样不仅使转矩特性机械特性更接近于线性,而且具有较大的起动转矩;因此,当定子一有控制电压,转子立即转动,即具有起动快、灵敏度高的特点;2、运行范围较广.3、无自转现象正常运转的伺服电动机,只要失去控制电压,电机立即停止运转;当伺服电动机失去控制电压后,它处于单相运行状态,由于转子电阻大,定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性T1－S1、T2－S2曲线以及合成转矩特性T－S曲线交流伺服电动机的输出功率一般是;当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz,电压有20V、26V、36V、115V等多种;交流伺服电动机运行平稳、噪音小;但控制特性是非线性,并且由于转子电阻大,损耗大,效率低,因此与同容量直流伺服电动机相比,体积大、重量重,所以只适用于的小功率控制系统;。

创作编号：BG7531400019813488897SX创作者：别如克*伺服电机内部结构伺服电机工作原理伺服电机原理一、交流伺服电动机交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组Rf，它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L，联接控制信号电压Uc。

所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。

交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。

目前应用较多的转子结构有两种形式：一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。

交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。

当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动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，伺服电动机将反转。

交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：1、起动转矩大由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。

它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。

因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。

2、运行范围较广3、无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。

交流伺服电动机的结构和接线图解沟通伺服电动机的结构与一般的单相异步电动机的结构相像，其定子绕组则与单相电容式异步电动机结构相类似，其上装有两个在空间相隔90o的绕组，一个是励磁绕组WF，另一个是掌握绕组WC，这两个绕组通常分别接在两个不同的沟通电源（频率相同，相位不同）上，这一点与单相电容式异步电动机不同。

其转子一般分为鼠笼转子和杯形转子两种结构型式。

鼠笼转子和三相鼠笼式电动机的转子结构相像，杯形转子结构如图所示。

杯形转子通常用铝合金或铜合金制成空心薄壁圆筒，为了减小磁阻，在空心杯形转子内放置固定的内定子。

不同结构型式的转子都制成具有较小惯量的瘦长形。

目前用得较多的是鼠笼转子。

图1 沟通伺服电动机接线图杯形转子伺服电动机结构图沟通伺服电动机以单相异步电动机原理为基础，励磁绕组WF接到电压为的沟通电网上，掌握绕组接到掌握电压上，当有掌握信号输入时，两相绕组便产生旋转磁场。

该磁场与转子中的感应电流相互作用产生转矩，使转子跟着旋转磁场以肯定的转差率转动起来，其旋转速度为式中，f为沟通电源频率，Hz；P为磁极对数；为电动机旋转磁场转速,S 为转差率。

把掌握电压的相位转变180o，则可转变伺服电动机的旋转方向。

依据伺服系统工作性质的要求，掌握电压一旦取消，电动机必需马上停止转动。

但众所周知，单相异步电动机一旦转动以后，即使取消掌握电压，仅靠励磁电压单相供电也会连续转动，即存在“自转”现象，这意味着失去掌握作用，是不允许的，因而沟通伺服电机必需解决“自转”问题。

从三相异步电动机的特性可知，转子电阻值对电动机的机械特性有较大的影响，如图5-4所示。

当转子阻值增大到肯定程度，例如图中时，最大转矩可消失在＝1四周。

为此目的，把伺服电动机的转子电阻设计得很大，使电动机在失去掌握信号单相运行时，正转矩或负转矩的最大值均消失在的地方，这样可得出图所示的机械特性曲线。

图2 不同转子阻值时的机械特性曲线及沟通伺服电动机时的机械特性曲线图2中曲线1为有掌握电压时伺服电机的机械特性曲线，曲线为去掉掌握电压后，脉动磁场分解为正、反两个旋转磁场对应产生的转矩曲线。

伺服电机工作原理图伺服电机工作原理——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。

永磁交流伺服系统具有以下等优点：（1）电动机无电刷和换向器，工作可靠，维护和保养简单；（2）定子绕组散热快；(3)惯量小，易提高系统的快速性；（4）适应于高速大力矩工作状态；（5）相同功率下，体积和重量较小，广泛的应用于机床、机械设备、搬运机构、印刷设备、装配机器人、加工机械、高速卷绕机、纺织机械等场合，满足了传动领域的发展需求。

永磁交流伺服系统的驱动器经历了模拟式、模式混合式的发展后，目前已经进入了全数字的时代。

全数字伺服驱动器不仅克服了模拟式伺服的分散性大、零漂、低可靠性等确定，还充分发挥了数字控制在控制精度上的优势和控制方法的灵活，使伺服驱动器不仅结构简单，而且性能更加的可靠。

现在，高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。

伺服驱动器有两部分组成：驱动器硬件和控制算法。

控制算法是决定交流伺服系统性能好坏的关键技术之一，是国外交流伺服技术封锁的主要部分，也是在技术垄断的核心。

2 交流永磁伺服系统的基本结构交流永磁同步伺服驱动器主要有伺服控制单元、功率驱动单元、通讯接口单元、伺服电动机及相应的反馈检测器件组成，其结构组成如图1所示。

其中伺服控制单元包括位置控制器、速度控制器、转矩和电流控制器等等。

我们的交流永磁同步驱动器其集先进的控制技术和控制策略为一体，使其非常适用于高精度、高性能要求的伺服驱动领域，还体现了强大的智能化、柔性化是传统的驱动系统所不可比拟的。

目前主流的伺服驱动器均采用数字信号处理器（DSP）作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，事项数字化、网络化和智能化。

功率器件普遍采用以智能功率模块（IPM）为核心设计的驱动电路,IPM内部集成了驱动电路,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路,在主回路中还加入软启动电路,以减小启动过程对驱动器的冲击。

1、伺服电机工作原理：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。

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。

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。

2、伺服电机内部结构详图3、交流伺服电机工作驱动4、伺服电机应用：。