伺服电机工作原理

1、1伺服电机工作原理伺服电机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。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。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

2、，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。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，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。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）。 结构原理:1. 电机将电池电能转换成机械能旋转的部件。2. 定子有刷或无刷电机工作时不能动的部分。3. 转子有刷或无刷电机工作时转动的部分。4. 碳刷有刷电机里面顶在换相器表面，电机转动的时候将电

3、能通过换相器输送给线圈， 由于其主要成分是碳。5. 换相器有刷电机里面，具有相互绝缘的条件金属表面，随电机转子转动时，条件金属 交替接触电刷的正负极，实现电机线圈电流方向正负交替变化，完成有刷电机线圈换相。6. 相序无刷电机线圈排列顺序。7. 磁钢一般用于称呼高磁场强度的磁性材料。8. 有刷电机电机工作时，线圈和换相器旋转，磁钢和电刷不转，线圈电流方向交替变化， 随电机转动的换相器和电刷来完成。9. 无刷电机由控制器提供不同电流方向的直流电来达到电机里面线圈电流方向交替变 化，无刷电机的转子和定子之间。10. 电机如何实现换相无刷或有刷电机在转动时，电机里面线圈的通电方向需要交替变 换，从而达到电机能连接转动。1有刷电机换相换相器和电刷共同完成。 2无刷电机换相控制器来完成。11. 缺相无刷电机或无刷控制器三相电路中，有一相不能工作，缺相分主相位缺相和霍 耳缺相12. 直流电机输出或输入为直流电能旋转电机。13. 交流电机输出或输入为交流电能旋转电机。14. 步进电机一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。15. 伺服电机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号 转

4、换成电动机轴上的角位移或角速度输出。16.伺服电机原理: 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到一个脉冲，就会旋 转一个脉冲对应角度，从而实现位移。17.伺服电机：1交流 AC2直流 DC18.定义： 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。19.作用： 伺服系统电机可控制速度，位置精度非常准确。20.特点： 当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩增加而均速下降。21. 交流伺服电机：1同步电机2异步电机 目前一般用同步电机，功率范围大，可做到很大功率。大惯量，最高转动速度低， 随着功率增大而快速降低，适合做低速平稳运行的应用。22. 直流伺服电机：1有刷电机2无刷电机23. 编码器检测原理：1光学式2磁式3感应式4电容式24. 编码器以信号原理来分：1增量型2绝对型25.工作原理：由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通或暗的刻线，有光电发射和接收器件读取， 获得四组正弦波信号组成A. B. C. D每个正弦波相差90度相差位，将C. D信号反向， 叠加在 AB 两相上，可增强稳定信号，另每转输出一个 Z 相脉冲以代表零位参考位。由 于A.

5、 B两相差90度，可通过比较A相在前还是在B相在前，以判别编码器的正转与反 转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。1. 增量型编码器存在零点累计误差，抗干扰较差，接收设备的停机需断电记忆，开机应 找零或参考位等问题。2. 绝对编码器光码盘上有许多道光通道刻线，每道刻线依次为2线、4 线、8 线、16线、 编排，这样在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通或暗线，获得一组从2 的零 次方到2的n次方的唯有的2进制编码，这就称为n位绝对编码器。26.编码器码盘的材料：1. 玻璃（刻线）2. 金属（通或不通刻线）3塑料（较薄刻线）27.分辨率：编码器以每旋转 360 度提供多少通或暗线称为分辨率，也称解析分度或直接称多少 线，一般在每转分度510000 线。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

6、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，与普通异步电动机的转矩特性曲线相比，有明显的区别。它可使 临界转差率S01,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。

7、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（Tl SI、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0.1-100W。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 0.5-100W的小功率控制系统。伺服电机工作原理1. 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 l 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

8、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。2. 交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动行控制中一般都用同 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。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 目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电

9、机的精度决定于编码器的精度（线数）。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：无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低。定子绕组散热比较方便。惯量小，易于提高系统的快速性。适应于高速大力矩工作状态。同功率下有较小的体积和重量。伺服电机安装使用注意事项一、伺服电机油和水的保护A：伺服电机可以用在会受水或油滴侵袭的场所，但是它不是全防水或防油的。因此， 伺服电机不应当放置或使用在水中或油侵的环境中。B：如果伺服电机连接到一个减速齿轮，使用伺服电机时应当加油封，以防止减速齿 轮的油进入伺服电机C：伺服电机的电缆不要浸没在油或水中。二、伺服电机电缆一减轻应力A：确保电缆不因外部弯曲力或自身重量而受到力矩或垂直负荷，尤其是在电缆出口 处或连接处。B：在伺服电机移动的情况下，应把电缆（就是随电机配置的那根）牢固地固定到一 个静止的部分（相对电机），并且应当用一个装在电缆支座里的附加电缆来延长它，这样 弯曲应力可以减到最小。C：电缆的弯头半径做到尽可能大。三、伺服电机允许的轴端负载A：确保在安装和运转时加到伺服电机轴上的径向和轴向负载控制在每种型号的规定 值以内。B：在安装一个刚性联轴器时要格外小心，特别是过度的弯曲负载可能导致轴端和轴 承的损坏或磨损。C：最好用柔

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