伺服电机的分类及原理图（伺服电机的分类及原理图解）

伺服电机伺服电机

“伺服”一词源自希腊语“奴隶”。 “伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子是静止的；当控制信号发出时，转子立即旋转；当控制信号消失时，转子立即停止。

伺服电机是一种微型电机，在自动控制装置中用作执行机构。其作用是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。伺服电机又称执行电机，在自动控制系统中用作执行器，将接收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度输出。

伺服电机的分类

伺服电机分为交流伺服和直流伺服两大类。

交流伺服电机的基本结构与交流感应电机（异步电机）类似。定子上有两个相空间位移为90电角的励磁绕组Wf和控制绕组WcoWf。它们连接到恒定的交流电压，并利用施加到Wc 的交流电压或相位的变化来控制电机的运行。交流伺服电机具有运行稳定、可控性好、响应快、灵敏度高的特点，对机械特性和调节特性的非线性指标有严格的要求（分别要求小于10%和小于15%25%） 。

直流伺服电机的优点和缺点

优点：速度控制精确，扭矩和速度特性非常硬，控制原理简单，使用方便，价格便宜。

缺点：电刷换向、限速、附加阻力、产生磨损颗粒（不适合无尘、易爆环境）。

直流伺服电机的基本结构与一般直流电机相似。电机转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，其中E为电枢反电动势，K为常数，j为各极磁通，Ua和Ia为电枢电压和电枢电流， Ra为电枢电阻，改变Ua或改变，可以控制直流伺服电机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法。在永磁直流伺服电机中，励磁绕组由永磁体代替，磁通是恒定的。 **直流伺服电机具有良好的线性调节特性和快速的时间响应。 **

交流伺服电机的优点和缺点

优点：速度控制特性好，整个速度区控制平稳，几乎无振荡，效率高90%以上，发热少，高速控制，高精度位置控制（取决于编码器精度），额定在工作区域内，可实现恒扭矩、低惯量、低噪音、无电刷磨损、免维护（适用于无尘、易爆环境）。

缺点：控制较复杂，需要现场调整驱动器参数和确定PID参数，需要较多连线。

直流伺服电机分为有刷电机和无刷电机。

有刷电机成本低，结构简单，启动扭矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（更换碳刷），产生电磁干扰，对使用环境有要求，通常采用在成本敏感的应用中。一般工业和民用应用。

无刷电机体积小、重量轻、出力大、响应快。具有转速高、惯量小、扭矩稳定、转动平稳等特点。其控制复杂、智能化。具有灵活的电子换相方式。它可以用方波或正弦波换相。电机免维护、高效节能。电磁辐射小、温升低、寿命长，适合各种环境。

交流伺服电机也是无刷电机，分为同步电机和异步电机。目前，运动控制中普遍采用同步电机。它们的功率范围很大，可以很大，惯性很大，最大速度较低。速度随着功率的增加而增加。等速下降，适合低速平稳运行场合

伺服电机内部的转子是永磁体。驱动器控制U/V/W三相电形成电磁场。转子在该磁场的作用下旋转。同时，电机自身的编码器将反馈信号传输给驱动器，并将反馈值与目标进行比较。比较该值来调整转子的旋转角度。伺服电机的精度由编码器的精度（线数）决定。

Q交流伺服电机和无刷直流伺服电机在性能上有什么区别？ A

交流伺服电机性能较好，因为交流伺服采用正弦波控制，转矩脉动小；而无刷直流伺服则采用梯形波控制。但无刷直流伺服控制相对简单且便宜。

永磁交流伺服驱动技术的快速发展，使直流伺服系统面临被淘汰的危机[/p][p=30,2,左]20世纪80年代以来，随着集成电路、电力电子技术的发展随着技术的发展，永磁交流伺服驱动技术取得了突出的进步。各国著名电气制造商不断推出新型交流伺服电机和伺服驱动器系列产品。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，使直流伺服系统面临被淘汰的危险。

与直流伺服电机相比，永磁交流伺服电机的主要优点是：

无电刷和换向器，运行更可靠，免维护。

定子绕组发热大大减少。

惯量小，系统响应快，性能好。

高速大扭矩工况良好。

同等功率下体积小、重量轻。

伺服电机原理

交流伺服电机的定子结构与电容分相单相异步电机的定子结构基本相似。定子装有两个位置互差90 的绕组。一是励磁绕组Rf，始终接交流电压Uf；另一个是控制绕组L，其连接到控制信号电压Uc。因此，交流伺服电机又称为二次伺服电机。

交流伺服电机的转子通常采用鼠笼式。然而，为了使伺服电机具有较宽的调速范围、线性机械特性、无“自转”现象和快速响应性能，与普通电机相比，应具有转子具有电阻大和转动惯量小两个特点。目前广泛采用的转子结构有两种：一种是采用高电阻率导电材料制成的高电阻率导电条的鼠笼式转子。为了减小转子的转动惯量，将转子做得细长；一种是铝合金制成的空心杯形转子。杯壁仅0.2-0.3mm。空心杯形转子转动惯量小，响应快，运转平稳，因而得到广泛应用。

当交流伺服电机中没有控制电压时，定子中只有励磁绕组产生脉动磁场，转子保持静止。当有控制电压时，定子中产生旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转。当负载一定时，电机的转速随控制电压的变化而变化。当控制电压的相位相反时，伺服电机将反转。

虽然交流伺服电机的工作原理与电容运转的单相异步电机相似，但前者的转子电阻比后者大得多。因此，与电容异步电机相比，伺服电机有两个显着特点：

1、启动转矩大：由于转子电阻大，其转矩特性（机械特性）更接近线性，具有较大的启动转矩。因此，当定子有控制电压时，转子立即旋转，具有启动快、灵敏度高的特点。

2、运转范围宽：运转平稳、噪音低。 [/p][p=30, 2, left] 3、无转动现象：只要运行中的伺服电机失去控制电压，电机就会立即停止运行。