3伺服电机及其驱动技术

第三章伺服驱动技术第一节伺服驱动的概述伺服驱动技术是机电一体化的一种关键技术，在机电设备中具有重要的地位，高性能的伺服系统可以提供灵活、方便、准确、快速的驱动。

随着技术的进步和整个工业的不断发展，伺服驱动技术也取得了极大的进步，伺服系统已进入全数字化和交流化的时代。

近几年，国内的工业自动化领域呈现出飞速发展的态势，国外的先进技术迅速得到引入和普及化地推广，其中作为驱动方面的重要代表产品已被广大用户所接受，在机器革新中起到了至关重要的作用。

精准的驱动效果和智能化的运动控制通过伺服产品可以完美地实现机器的高效自动化，这两方面也成为伺服发展的重要指标。

伺服驱动技术的发展与磁性材料技术、半导体技术、通信技术、组装技术、生产工艺水平等基础工业技术的发展密切相关。

磁性材料中，特别是永磁性材料性能的提高是伺服电机高性能化、小型化所不可缺少的重要条件。

半导体技术的发展使伺服驱动技术进入了全数字化时期，伺服控制器的小型化指标取得了很大的进步。

在全数字控制方式下，伺服控制器实现了伺服控制的软件化。

现在很多新型的伺服控制器都采用了多种新算法。

通过这些功能算法的应用，使伺服控制器的响应速度、稳定性、准确性和可操作性都达到了很高的水平。

一、伺服驱动的概念“伺服”一词源于希腊语“奴隶”，英语“Servo”。

在伺服驱动方面，我们可以理解为电机转子的转动和停止完全根据信号的大小、方向，即在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自行停转。

由于它的“伺服”性能，因此而得名——伺服系统。

伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够以一定的准确度跟随输入信号量(或给定值)的任意变化的自动控制系统，用来自动、连续、精确地跟随或复现某个过程的反馈控制系统，又称随动系统或自动跟踪系统。

在很多情况下，伺服系统专指被控制量(系统的输出量)是机械位移或速度、加速度的反馈控制系统，其作用是使输出的机械位移(或转角)准确地跟踪输入的位移(或转角)。

伺服电机的控制原理有哪些伺服电机是一种能够实现精确控制和定位的电机。

它通常由电机、编码器、控制器和驱动器等组成。

伺服电机的控制原理涉及到控制理论和电机驱动技术等多方面知识。

下面将介绍几种常见的伺服电机控制原理。

1.位置控制原理：伺服电机的位置控制是指控制电机达到特定位置的能力。

在位置控制中，编码器用于检测电机的实际位置，并将其与目标位置进行比较。

控制器根据差异信息计算出控制信号，将其发送至驱动器，驱动器根据控制信号驱动电机转动，直到实际位置与目标位置相等。

2.速度控制原理：伺服电机的速度控制是指控制电机达到特定速度的能力。

在速度控制中，编码器用于检测电机的实际速度，并将其与目标速度进行比较。

控制器根据差异信息计算出控制信号，将其发送至驱动器，驱动器根据控制信号调整供电电压以调整电机的转速。

3.力/力矩控制原理：伺服电机的力/力矩控制是指控制电机施加特定力或力矩的能力。

在力/力矩控制中，需要将引导反馈的传感器与编码器配合使用。

控制器通过对比输入的期望力/力矩信号和传感器反馈的实际力/力矩信息，计算出控制信号，以调整电机的输出力或力矩。

4.增量式控制原理：5.PID控制原理：伺服电机的PID控制是指使用PID控制器对电机进行闭环控制。

PID 控制器通过比较目标值和反馈值的差异，计算出比例、积分和微分三个方面的控制信号，以调整电机的输出。

通过调整PID参数，可以实现快速响应、稳定性和抗干扰能力。

总结：伺服电机的控制原理涉及到位置、速度、力/力矩、增量式和PID控制等方面。

不同的应用场景和要求可能需要采用不同的控制原理。

通过合理选择编码器、控制器和驱动器等组件，并设置合适的控制参数，可以实现对伺服电机的精确控制。

压缩机用直线伺服电机及其驱动控制器设计摘要：随着工业自动化水平的提高，直线伺服电机，作为一种高效、精确的驱动方式，直线伺服电机在压缩机等设备中的应用越来越广泛。

特别是在压缩机等高精度控制场合，直线伺服电机的性能直接影响着设备的运行效率和稳定性。

本文将重点探讨压缩机用直线伺服电机及其驱动控制器的设计，主要对压缩机用直线伺服电机的工作原理及特点、应用优势、直线伺服电机的设计、驱动控制器设计以及其在应用场景进行详细分析。

以及为相关领域的研究提供参考和借鉴。

关键词：直线伺服电机；压缩机；驱动控制器；设计1引言随着科技的进步，直线伺服电机在许多领域中都有着广泛的应用，特别是在需要高精度和高速度定位的场合。

在压缩机应用中，直线伺服电机的使用能够显著提高压缩效率，降低能耗，提高定位精度。

本文将详细介绍压缩机用直线伺服电机及其驱动控制器的设计。

2 直线伺服电机的工作原理及特点直线伺服电机的工作原理基于传统的旋转伺服电机，通过将旋转运动转换为直线运动，实现了高精度的直线定位。

伺服电机接收来自控制器的命令信号，并根据该信号产生磁场，从而使电机动子进行相应的线性运动。

其主要特点包括：高精度、高速度、高响应、低摩擦、低维护等[1]。

3直线伺服电机在压缩机中的应用优势直线伺服电机在压缩机中的应用优势主要包括以下几个方面：（1）高精度控制：直线伺服电机具有高精度的位置和速度控制能力，可以实现压缩机的精确控制，从而提高压缩机的运行效率和稳定性[2]。

（2）高速响应：直线伺服电机具有快速的响应能力，可以快速地调整压缩机的运行状态，适应不同的工况变化。

（3）降低噪音：由于直线伺服电机的高精度控制能力，可以减少压缩机在运行过程中的振动和噪音，提高压缩机的舒适性。

（4）节能环保：直线伺服电机具有高效的能量转换效率，可以降低压缩机的能耗，实现节能环保的效果。

（5）维护简便：直线伺服电机的设计简单，结构紧凑，易于维护和保养，可以降低压缩机的维护成本和时间。

国家重点推广的电机节能先进技术目录（第一批）为推广应用先进实施电机节能技术，能效提升计划提供技术途径、为提升电机系统终端用能设备能效水平，落实工业绿色发展专项行动，为地方组织实施电机能效提升计划提供技术途径，经地方各地区工业和信息化主管部门推荐、专家评审及网上公示，工业和信息化部编制完成了《国家重点推广的电机节能先进技术目录（第一批）》，现予以公告。

请各地区、有关企业加强组织推广。

1、伺服电机永磁高效节能技术采用短时过载能力强的电源和大功率驱动器件，融入电机参数自动辨识、自动调整的自适应控制技术，保证系统高加速性能的同时，运行智能可靠。

采用谐波抑制技术、能量回馈技术以及功率校正技术，实现电机系统应用的高效率和智能控制。

适用于功率范围0.75kW～300kW高压或低压的电机系统节能改造，可应用于注塑机的液压动力系统拖动部分、数控机床、纺织机械、包装和印刷机械等设备。

应用案例：东莞、武汉、柳州等地2000多台注塑机电机系统节能改造，运行稳定，综合节电率达到40%～80%，注塑机生产效率提升10%，生产成本降低8%。

2、伺服电机及其驱动控制技术采用MCU（微控制芯片）+PID（比例、积分、微分控制芯片）双核结构及自主研发的传感器，实现智能快速剪线、拨线、抬压脚和高速倒回缝，可匹配18个系列产品，通用性强。

相对传统的电机系统及控制技术，主要解决了快速定位、智能操作的问题。

相比传统的摩擦片式异步电动机（离合器电机）、涡流式异步电动机（电子马达）、混合步进式电动机（变频电机），能耗降低70%，效率提高30%。

适用于功率范围0.55kW～1kW低压电机系统节能改造。

可应用于缝制和纺织系统JUKL8100B-7、ZJ9703、JACK2等设备改造。

应用案例：中捷股份有限公司10万套总功率55000千瓦伺服电机及其控制系统改造，综合节电率达70%，生产效率提高30%。

3、稀土永磁伺服电机高动态响应控制技术采用高动态响应稀土永磁伺服电机电磁及结构场路优化设计、高功率密度、小惯量电机制造技术，使电机加减速电流及损耗下降50%，成本降低50%。

伺服控制技术自学手册
《伺服控制技术自学手册》是一本全面介绍伺服控制技术的书籍。

它涵盖了伺服电机及其驱动的基本概念、结构特点、测试/实验方法、选型技术等内容。

以下是该手册的部分内容概述：
1. 伺服电机及其驱动的基本概念：介绍了伺服系统的定义、组成和工作原理，以及伺服电机的种类和特点。

2. 伺服电机的结构特点：详细介绍了永磁同步电机、异步电机、直接驱动电机等不同类型的伺服电机的结构和工作原理。

3. 伺服电机的测试与实验：提供了伺服电机的性能测试、动态特性实验和温度特性实验等方面的指导。

4. 伺服电机的选型技术：根据实际应用需求，介绍了如何选择合适的伺服电机及其驱动器。

5. 位置测量系统的基本原理：阐述了位置测量系统在伺服控制系统中的重要性，以及常用位置测量方法的原理和应用。

6. 伺服控制技术的应用特点：结合实际案例，介绍了伺服控制技术在机械加工、机器人、包装机械等领域的应用特点和优势。

7. 基于PLC的PROFIBUS-DP控制技术的系统组态编程：对于使用PLC进行伺服控制的读者，提供了基于PROFIBUS-DP控制技术的系统组态编程方法和实例。

此外，手册还涉及伺服控制系统的变流装置、逆变电路、PID调节器等核心组件，以及伺服驱动器的电磁兼容性（EMC）和环境测试等方面的知识。

总之，《伺服控制技术自学手册》是一本全面介绍伺服控制技术的书籍，适合自动化、机械电子等相关专业的读者学习使用，也可作为伺服控制系统研发和应用工程师的参考手册。

伺服驱动器的工作原理及其控制方式伺服驱动器（servo drives）又称为伺服控制器、伺服放大器，是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统。

一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。

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，可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、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。

功率驱动单元首先通过三相全桥整流电路对输入的三相电或者市电进行整流，得到相应的直流电。

经过整流好的三相电或市电，再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步交流伺服电机。

功率驱动单元的整个过程可以简单的说就是AC-DC-AC的过程。

整流单元（AC-DC）主要的拓扑电路是三相全桥不控整流电路。

随着伺服系统的大规模应用，伺服驱动器使用、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器在当今比较重要的技术课题，越来越多工控技术服务商对伺服驱动器进行了技术深层次研究。

伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中。

尤其是应用于控制交流永磁同步电机的伺服驱动器已经成为国内外研究热点。

当前交流伺服驱动器设计中普遍采用基于矢量控制的电流、速度、位置3闭环控制算法。

该算法中速度闭环设计合理与否，对于整个伺服控制系统，特别是速度控制性能的发挥起到关键作用。

一般伺服都有三种控制方式：位置控制方式、转矩控制方式、速度控制方式。

第1篇一、伺服电机的组成1. 定子定子是伺服电机的核心部件，其主要功能是产生磁场。

定子通常由硅钢片叠压而成，形成一定厚度的铁芯。

在铁芯上，绕制线圈，形成线圈组。

线圈组通常采用三相交流绕组，也有两相或单相绕组。

定子通过接入电源，产生旋转磁场，从而驱动转子旋转。

2. 转子转子是伺服电机的另一个核心部件，其主要功能是产生转矩。

转子通常由永久磁铁或电磁铁组成。

永久磁铁转子具有结构简单、性能稳定、响应速度快等优点，但体积较大。

电磁铁转子通过在转子铁芯上绕制线圈，实现转矩的产生。

电磁铁转子具有体积小、重量轻、响应速度快等优点，但需要外部电源供电。

3. 控制器控制器是伺服电机的控制中心，其主要功能是接收控制信号，对伺服电机进行控制。

控制器通常由微处理器、模拟电路和数字电路组成。

微处理器负责处理控制算法，模拟电路负责放大和转换信号，数字电路负责处理数字信号。

4. 传感器传感器是伺服电机的反馈元件，其主要功能是检测伺服电机的运动状态。

传感器通常有编码器、速度传感器和力传感器等。

编码器用于检测转子位置和转速，速度传感器用于检测转子转速，力传感器用于检测伺服电机输出的力。

5. 传动机构传动机构是伺服电机与执行机构之间的连接部分，其主要功能是将伺服电机的旋转运动转换为执行机构的直线运动或旋转运动。

传动机构通常有齿轮、皮带、丝杠等。

二、伺服电机的结构1. 定子结构定子结构通常分为两种：槽式定子和绕线式定子。

（1）槽式定子：槽式定子由硅钢片叠压而成，形成一定厚度的铁芯。

在铁芯上，开有槽，槽内绕制线圈组。

槽式定子具有结构简单、成本低、性能稳定等优点。

（2）绕线式定子：绕线式定子与槽式定子类似，但绕线方式不同。

绕线式定子采用绕线式绕组，线圈直接绕在铁芯上。

绕线式定子具有结构紧凑、散热性好等优点。

2. 转子结构转子结构通常分为两种：永久磁铁转子和电磁铁转子。

（1）永久磁铁转子：永久磁铁转子由永磁材料制成，具有结构简单、性能稳定、响应速度快等优点。

重要提醒在您准备使用、调试产品之前，请务必阅读下面几项提醒！1、 H3N系列驱动器为三相交流220V供电，严禁将三相380V市电直接接入驱动器。

否则将直接损耗驱动器，甚至可能造成人身伤害。

2、请参照说明书，设置正确的电机型号参数PA1，以使驱动器与电机相匹配。

3、 H3N-ED的电机型号代码与其它5款的型号代码不同。

详细请见第7章。

4、当电机高速起停很频繁时，驱动器需要外加制动电阻。

请参照说明书或者联系我们的技术支持，接入合适的外加制动电阻。

5、请正确设置电子齿轮比参数PA12，PA13。

6、请正确设置脉冲指令输入方式参数PA14。

7、参数PA1，PA14，PA35的修改，是断电重新上电后生效。

8、当客户自己制作编码线时，请用双绞屏蔽线，而且编码线的总长度不要超过15m。

9、当客户自己制作控制线（连接CN2）时，需要用屏蔽线，且线长不要超过10m，否则可能发生脉冲丢失现象。

I本应用技术手册提供H3N系列伺服驱动器的相关信息和参考资料。

内容主要包括：伺服驱动器的安装环境和方法及安全检查伺服驱动器所有参数的说明伺服驱动器的控制功能介绍伺服驱动器的试运行操作说明应用过程中出现的异常及排除方法本手册可适用使用者如下：安装及配线人员系统试运行调机人员检查和维护人员在您未阅读本手册之前，请遵循以下几点：应用环境无水气、腐蚀性气体及易燃气体应用环境接地措施良好接线时严禁将三相动力电与伺服驱动器U、V、W直接相连，否则将损坏驱动器通电运行时，请勿接触旋转设备、移动或拆除电缆、拆除驱动器非常感谢您对本产品的支持，请在使用前认真阅读本手册以保证您使用上的正确。

如果您在使用方面依然有问题，请咨询经销商或本公司的客服。

IIIII安全注意事项使用环境◆禁止将本系列产品暴露在有水气、腐蚀性气体、可燃性气体等物质的场合使用，否则会导致触电或火灾。

◆禁止将本产品应用于有阳光直射、粉尘、盐粉及金属粉末较多的场合。

◆禁止将本系列产品应用于有油及药品附着或者滴落的场合。

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,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;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、110 V、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;交流伺服电动机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;伺服电机的精度决定于编码器的精度线数;伺服电动机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;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,作用：伺服电机,可使控制速度,位置精度非常准确;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;伺服电动机基本知识讲解伺服电动机伺服电动机又叫执行电动机,或叫控制电动机;在自动控制系统中,伺服电动机是一个执行元件,它的作用是把信号控制电压或相位变换成机械位移,也就是把接收到的电信号变为电机的一定转速或角位移;其容量一般在,常用的是30W 以下;伺服电动机有直流和交流之分;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,如图1所示;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,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,如图2所示;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;图1 交流伺服电动机原理图图2 空心杯形转子伺服电动机结构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;图3 伺服电动机的转矩特性2、运行范围较宽如图3所示,较差率S在0到1的范围内伺服电动机都能稳定运转;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曲线如图4所示,与普通的单相异步电动机的转矩特性图中T′－S曲线不同;这时的合成转矩T是制动转矩,从而使电动机迅速停止运转;图4 伺服电动机单相运行时的转矩特性图5是伺服电动机单相运行时的机械特性曲线;负载一定时,控制电压Uc愈高,转速也愈高,在控制电压一定时,负载增加,转速下降;图5 伺服电动机的机械特性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、2 20、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;二、直流伺服电动机直流伺服电动机的结构和一般直流电动机一样,只是为了减小转动惯量而做得细长一些;它的励磁绕组和电枢分别由两个独立电源供电;也有永磁式的,即磁极是永久磁铁;通常采用电枢控制,就是励磁电压f一定,建立的磁通量Φ也是定值,而将控制电压Uc加在电枢上,其接线图如图6所示;图6 直流伺服电动机接线图直流伺服电动机的机构特性n=fT和直流他励电动机一样,也用下式表示：n=Uc/KEΦ-Ra/KEKTΦT图7 是直流伺服电动机在不同控制电压下Uc为额定控制电压的机械特性曲线;由图可见：在一定负载转矩下,当磁通不变时,如果升高电枢电压,电机的转速就升高；反之,降低电枢电压,转速就下降；当Uc＝0时,电动机立即停转;要电动机反转,可改变电枢电压的极性;图7 直流伺服电动机的n=fT曲线直流伺服电动机和交流伺服电动机相比,它具有机械特性较硬、输出功率较大、不自转,起动转矩大等优点;交流的伺服电动机的原理交流伺服电机的定子装有三相对称的绕组,而转子是永久磁极;当定子的绕组中通过三相电源后,定子与转子之间必然产生一个旋转场;这个旋转磁场的转速称为同步转速;电机的转速也就是磁场的转速;由于转子有磁极,所以在极低频率下也能旋转运行;所以它比异步电机的调速范围更宽;而与直流伺服电机相比,它没有机械换向器,特别是它没有了碳刷,完全排除了换向时产生火花对机械造成的磨损,另外交流伺服电机自带一个编码器;可以随时将电机运行的情况“报告”给驱动器,驱动器又根据得到的“报告”更精确的控制电机的运行;由此可见交流伺服电机优点确实很多;可是技术含量也高了,价格也高了;最重要是对交流伺服电机的调试技术提高了;也就是电机虽好,如果调试不好一样是问题多多; 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;4. 什么是伺服电机有几种类型工作特点是什么答：伺服电动机又称执行电动机,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,请问交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区别答：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;永磁交流伺服电动机20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新;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,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机;90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动;交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异;永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有：⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低;⑵定子绕组散热比较方便;⑶惯量小,易于提高系统的快速性;⑷适应于高速大力矩工作状态;⑸同功率下有较小的体积和重量;伺服电动机的介绍伺服电动机或称执行电动机是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件;其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度;按电流种类的不同,伺服电动机可分为直流和交流两大类;一、交流伺服电动机1、结构和原理交流伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机相似,它的定子上装有两个在空间相差90°电角度的绕组,即励磁绕组和控制绕组;运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压,控制绕组上则加大小或相位随信号变化的控制电压;转子的结构形式笼型转子和空心杯型转子两种;笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同,但转子做的细长,转子导体用高电阻率的材料作成;其目的是为了减小转子的转动惯量,增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象;空心杯形转子交流伺服电动机的定子分为外定子和内定子两部分;外定子的结构与笼型交流伺服电动机的定子相同,铁心槽内放有两相绕组;空心杯形转子由导电的非磁性材料如铝做成薄壁筒形,放在内、外定子之间;杯子底部固定于转轴上,杯臂薄而轻,厚度一般在—,因而转动惯量小,动作快且灵敏;交流伺服电动机的工作原理和单相异步电动机相似,LL是有固定电压励磁的励磁绕组,LK是有伺服放大器供电的控制绕组,两相绕组在空间相差90°电角度;如果IL与Ik 的相位差为90°,而两相绕组的磁动势幅值又相等,这种状态称为对称状态;与单相异步电动机一样,这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场,其转速称为同步转速;旋转磁场与转子导体相对切割,在转子中产生感应电流;转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩,使转子旋转;如果改变加在控制绕组上的电流的大小或相位差,就破坏了对称状态,使旋转磁场减弱,电动机的转速下降;电机的工作状态越不对称,总电磁转矩就越小,当除去控制绕组上信号电压以后,电动机立即停止转动;这是交流伺服电动机在运行上与普通异步电动机的区别;交流伺服电动机有以下三种转速控制方式：1幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变,改变控制电压的大小;2 相位控制控制电压与励磁电压的大小,保持额定值不变,改变控制电压的相位;3幅值—相位控制同时改变控制电压幅值和相位;交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变;2 工作特性和用途伺服电动机的工作特性是以机械特性和调节特性为表征;在控制电压一定时,负载增加,转速下降；它的调节特性是在负载一定时,控制电压越高,转速也越高;伺服电动机有三个显著特点：1启动转矩大由于转子导体电阻很大,可使临界转差率Ｓｍ＞１,定子一加上控制电压,转子立即启动运转．２运行范围宽在转差率从０到１的范围内都能稳定运转．３无自转现象控制信号消失后,电动机旋转不停的现象称＂自转＂．自转现象破坏了伺服性,显然要避免．正常运转的伺服电动机只要失去控制电压后,伺服电动机就处于单相运行状态;由于转子导体电阻足够大,使得总电磁转矩始终是制动性的转矩,当电动机正转时失去Ｕｋ控制电压,产生的转矩为负０＜Ｓ＜１;而反转时失去UK,产生的转矩为正1〈S〈2时〉,不会产生自转现象,可以自行制动,迅速停止运转,这也是交流伺服电动机与异步电动机的重要区别;不同类型的交流伺服电动机具有不同的特点;笼型转子交流伺服电动机具有励磁电流较小、体积较小、机械强度高等特点；但是低速运行不够平稳,有抖动现象;空心杯形转子交流伺服电动机具有结构简单、维护方便、转动惯量小、运行平滑、噪声小、没有无线电干扰、无抖动现象等优点；但是励磁电流较大,体积也较大,转子易变形,性能上不及直流伺服电动机;交流伺服电动机适用于—100W小功率自动控制系统中,频率有50Hz、400Hz 等多种;笼型转子交流伺服电动机产品为SL系列;空心杯形转子交流伺服电动机为SK系列,用于要求运行平滑的系统中;二、直流伺服电动机直流伺服电动机的基本结构与普通他励直流电动机一样,所不同的是直流伺服电动机的电枢电流很小,换向并不困难,因此都不用装换向磁极,并且转子做得细长,气隙较小,磁路不饱和,电枢电阻较大;按励磁方式不同,可分为电磁式和永磁式两种,电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁绕组产生,一般用他励式；永磁式直流伺服电动机的磁场由永久磁铁产生,无需励磁绕组和励磁电流,可减小体积和损耗;为了适应各种不同系统的需要,从结构上作了许多改进,又发展了低惯量的无槽电枢、空心杯形电枢、印制绕组电枢和无刷直流伺服电动机等品种; 电磁式直流伺服电动机的工作原理和他励式直流电动机同,因此电磁式直流伺服电动机有两种控制转速方式：电枢控制和磁场控制;对永磁式直流伺服电动机来说,当然只有电枢控制调速一种方式;由于磁场控制调速方式的性能不如电枢控制调速方式,故直流伺服电动机一般都采用电枢控制调速;直流伺服电动机转轴的转向随控制电压的极性改变而改变;直流伺服电动机的机械特性与他励直流电动机相似,即n=n0-αT;当励磁不变时,对不同电压Ua有一组下降的平行直线;直流伺服电动机适用于功率稍大1—600W的自动控制系统中;与交流伺服电动机相比,它的调速线性好,体积小,质量轻,启动转矩大,输出功率大;但它的结构复杂,特别是低速稳定性差,有火花会引起无线电干扰;近年来,发展了低惯量的无槽电枢电动机、空心杯形电枢电动机、印制绕组电枢电动机和无刷直流伺服电动机,来提高快速响应能力,适应自动控制系统的发展需要,如电视摄象机、录音机、X—Y函数记录永磁交流伺服电动机20世纪80年代以来,随着集成电路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展,永磁交流伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的交流伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新;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,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机; 90年代以后,世界各国已经商品化了的交流伺服系统是采用全数字控制的正弦波电动机伺服驱动;交流伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异;永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较,主要优点有：⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低;⑵定子绕组散热比较方便;⑶惯量小,易于提高系统的快速性;⑷适应于高速大力矩工作状态;⑸同功率下有较小的体积和重量;自从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁交流伺服电动机和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段;到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品;整个伺服装置市场都转向了交流系统;早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器DSP的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行,分别称为摪胧只瘮或摶旌鲜綌、撊只瘮的永磁交流伺服系统;到目前为止,高性能的电伺服系统大多采用永磁同步型交流伺服电动机,控制驱动器多采用快速、准确定位的全数字位置伺服系统;典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司;日本安川电机制作所推出的小型交流伺服电动机和驱动器,其中D系列适用于数控机床最高转速为1000r/min,力矩为～,R系列适用于机器人最高转速为30 00r/min,力矩为～;之后又推出M、F、S、H、C、G 六个系列;20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列;由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制,力矩波动由24％降低到7％,并提高了可靠性;这样,只用了几年时间形成了八个系列功率范围为～6kW较完整的体系,满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要;以生产机床数控装置而著名的日本法奴克Fanuc公司,在20世纪80年代中期也推出了S系列13个规格和L系列5个规格的永磁交流伺服电动机;L系列有较小的转动惯量和机械时间常数,适用于要求特别快速响应的位置伺服系统; 日本其他厂商,例如：三菱电动机HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列、东芝精机SM系列、大隈铁工所BL系列、三洋电气BL系列、立石电机S系列等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列;德国力士乐公司Rexroth的Indramat分部的MAC系列交流伺服电动机共有7个机座号92个规格;德国西门子Siemens公司的IFT5系列三相永磁交流伺服电动机分为标准型和短型两大类,共8个机座号98种规格;据称该系列交流伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比,重量只有后者的1／2,配套的晶体管脉宽调制驱动器6SC61系列,最多的可供6个轴的电动机控制;德国宝石BOSCH公司生产铁氧体永磁的SD系列17个规格和稀土永磁的SE 系列8个规格交流伺服电动机和Servodyn SM系列的驱动控制器;美国著名的伺服装置生产公司Gettys曾一度作为Gould 电子公司一个分部M otion Control Division,生产M600系列的交流伺服电动机和A600 系列的伺服驱动器;后合并到AEG,恢复了Gettys名称,推出A700全数字化的交流伺服系统;美国A-BALLEN-BRADLEY公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁交流伺服电动机和1391型交流PWM伺服控制器;电动机包括3个机座号共30个规格; .Industrial Drives是美国著名的科尔摩根Kollmorgen的工业驱动分部,曾生产BR-210、BR-310、BR-510 三个系列共41个规格的无刷伺服电动机和BDS3型伺服驱动器;自1989年起推出了全新系列设计的摻鹣盗袛Goldline永磁交流伺服电动机,包括B小惯量、M中惯量和EB防爆型三大类,有10、20、40、6 0、80五种机座号,每大类有42个规格,全部采用钕铁硼永磁材料,力矩范围为～,功率范围为～;配套的驱动器有BDS4模拟型、BDS5数字型、含位置控制和S。

伺服电机的工作原理和结构伺服电机是一种精密控制的电机，通过对其工作原理和结构的深入了解，我们可以更好地应用和维护这种电机。

下面将分别介绍伺服电机的工作原理和结构。

一、工作原理伺服电机的工作原理可以简单地概括为将输入信号转换为机械运动的控制器。

当控制器接收到输入信号后，会根据信号的大小和方向来控制电机的转速和位置，从而实现精确的位置控制。

这种闭环控制系统使得伺服电机具有高精度、高速度和高可靠性的特点。

具体来说，伺服电机的工作原理是通过控制系统中的编码器反馈信号来实现闭环控制的。

编码器会不断监测电机的运动状态，并将反馈信号发送回控制器，从而使控制器可以实时调整电机的转速和位置。

这种反馈机制可以有效地减小误差，提高系统的稳定性和精度。

二、结构伺服电机的结构主要包括电机本体、编码器、控制器和驱动器。

电机本体是伺服电机的核心部件，负责将电能转换为机械能。

编码器是用来监测电机运动状态并发送反馈信号的器件，通常采用光电编码器或磁编码器。

控制器是控制整个伺服系统的大脑，负责接收输入信号、处理编码器反馈信号并输出控制信号。

驱动器则是将控制信号转换为电流驱动电机转动的装置。

除了以上主要部件外，伺服电机还包括了传感器、减速器、联轴器等辅助部件。

传感器用来监测环境参数或检测电机状态，以便系统对其进行相应调整。

减速器用来降低电机的转速并提高扭矩，从而使电机可以更好地适应各种工作场景。

联轴器则用来连接电机与负载，传递电机的转动力。

综上所述，伺服电机是一种精密控制的驱动器，通过控制器、编码器和驱动器等部件的协同作用，实现对电机位置和速度的精确控制。

对伺服电机的深入了解可以帮助我们更好地应用和维护这种高性能的电机。

希望以上内容对您有所帮助。