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伺服電機工作原理及其功能

欄目: 伺服系統

發表時間: 2018年03月27日

伺服電機(servo motor )是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發动機,是一種補助馬达間接變速裝置。

伺服電機可使控制速度,位置精度非常準确,可以将電壓信号轉化为轉矩和轉速以驅动控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信号控制,并能快速反應,在自动控制系統中用作執行元件,且具有機電時間常數小、線性度高、始动電壓等特性,可把所收到的電信号轉換成電动機軸上的角位移或角速度輸出。分为直流和交流伺服電动機兩大類,其主要特點是當信号電壓为零時無自轉現象,轉速随着轉矩的增加而勻速下降。

外形尺寸:

工作原理

1、伺服系統(servomechanism)是使物體的位置、方位、狀态等輸出被控量能夠跟随輸入目标(或給定值)的任意變化的自动控制系統。伺服主要靠脈沖来定位,基本上可以这樣理解:伺服電機接收到1個脈沖,就會旋轉1個脈沖對應的角度,從而實現位移。因为伺服電機本身具備發出脈沖的功能,所以伺服電機每旋轉一個角度,都會發出對應數量的脈沖,这樣就和伺服電機接受的脈沖形成了呼應,或者叫閉環,如此一来系統就會知道發了多少脈沖給伺服電機,同時又收了多少脈沖回来,從而能夠很精确地控制電機的轉动,從而實現精确的定位,可以达到0.001mm。

直流伺服電機分为有刷和無刷電機。

有刷電機成本低,結構簡單,啟动轉矩大,調速範圍寬,控制容易,需要維護,但維護不方便(換碳刷),産生電磁幹擾,對環境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工业和民用場合。

無刷電機體積小,重量輕,出力大,響應快,速度高,慣量小,轉动平滑,力矩穩定。控制複雜,容易實現智能化,其電子換相方式靈活,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,可用于各種環境。

2、交流伺服電機也是無刷電機,分为同步和異步電機,目前運动控制中一般都用同步電機,它的功率範圍大,可以做到很大的功率。大慣量,最高轉动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平穩運行的應用。

3、伺服電機内部的轉子是永磁鐵,驅动器控制的U/V/W三相電形成電磁場,轉子在此磁場的作用下轉动,同時電機自帶的編碼器反饋信号給驅动器,驅动器根據反饋值與目标值進行比較,調整轉子轉动的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度(線數)。

交流伺服電機和無刷直流伺服電機在功能上的區别:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,轉矩脈动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比較簡單,便宜。

功能及作用比較

1.交流伺服電动機

交流伺服電动機定子的構造基本上與電容分相式單相異步電动機相似.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,聯接控制信号電壓Uc。所以交流伺服電动機又稱兩個伺服電动機。

交流伺服電动機的轉子通常做成鼠籠式,但为了使伺服電动機具有較寬的調速範圍、線性的機械特性,無“自轉”現象和快速響應的性能,它與普通電动機相比,應具有轉子電阻大和轉动慣量小这兩個特點。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,为了減小轉子的轉动慣量,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,为了減小磁路的磁阻,要在空心杯形轉子内放置固定的内定子,空心杯形轉子的轉动慣量很小,反應迅速,而且運轉平穩,因此被廣泛采用。

交流伺服電动機在沒有控制電壓時,定子内隻有勵磁繞組産生的脈动磁場,轉子靜止不动。當有控制電壓時,定子内便産生一個旋轉磁場,轉子沿旋轉磁場的方向旋轉,在負載恒定的情況下,電动機的轉速随控制電壓的大小而變化,當控制電壓的相位相反時,伺服電动機将反轉。

2.永磁交流伺服電动機

永磁交流伺服電機同直流伺服電機比較,主要優點有:

(1)噪音低,振动小;

(2)轉矩脈动小,運行平穩,精度高;

(3)轉动慣量小,響應速度快,易于提高系統的快速性;

(4)無電刷和換向器,保證電機高速運轉的可靠性,對維護和保養要求低;

(5)結構緊湊,功率密度高,同功率下有較小的體積和重量;

(6)适應于高速大力矩工作狀态;

(7)全密封設計,子繞組散熱比較方便,确保電機在-20℃-40℃室溫下長時間安全可靠地運行;

(8)外殼防護等級为IP54,絕緣等級为F級,S1工作制。

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