伺服电机的特点、分类及应用

伺服电机是控制伺服系统中机械元件运行的发动机，是辅助电机的间接变速装置。伺服电机可以精确控制速度和位置，并将电压信号转换成扭矩和转速来驱动被控对象。伺服电机转子速度由输入信号控制，并能快速响应。在自动控制系统中，它作为执行机构，具有机电时间常数小、线性度高、启动电压低等特点。它可以将接收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度并输出。

伺服电机的优点

首先我们来看看伺服电机相对于其他电机(比如步进电机)的优势：

1.精度：实现位置、速度、扭矩闭环控制；克服了步进电机失步的问题；

2.转速：高速性能好，一般额定转速可达2000 ~ 3000转/分；

3.适应性：抗过载能力强，能承受三倍额定扭矩负荷，特别适用于瞬时负荷波动和快速启动要求的场合；

4.稳定：低速运行稳定，低速运行时不会出现类似步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合；

5.时效性：电机加减速动态对应时间短，一般在几十毫秒以内；

6.舒适度：发热和噪音明显降低。

简单来说，你平时看到的普通电机，停电后会因为自身惯性转一会儿再停下来。伺服电机和步进电机走走停停，反应非常快。但是步进电机不同步。

伺服电机的应用领域太多了。只要有电源，对精度有要求，一般可能会涉及伺服电机。如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、自动化生产线等对加工精度、加工效率和工作可靠性要求比较高的设备。

伺服电机的种类分类

伺服电机分为两类：DC伺服电机和交流伺服电机，DC电机分为有刷和无刷。交流电机可分为异步和同步两种。

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。

伺服电机的作用：

伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确。

直流伺服电机的输出转速与输入电压成正比，并能实现正反向速度控制。具有起动转矩大，调速范围宽，机械特性和调节特性的线性度好，控制方便等优点，但换向电刷的磨损和易产生火花会影响其使用寿命。近年来出现的无刷直流伺服电机避免了电刷摩擦和换向干扰，因此灵敏度高，死区小，噪声低，寿命长，对周围电子设备干扰小。

直流伺服电机的输出转速/输入电压的传递函数可近似视为一阶迟后环节，其机电时间常数一般大约在十几毫秒到几十毫秒之间。而某些低惯量直流伺服电机（如空心杯转子型、印刷绕组型、无槽型）的时间常数仅为几毫秒到二十毫秒。

小功率规格的直流伺服电机的额定转速在3000r/min以上，甚至大于10000r/min。因此作为液压阀的控制器需配用高速比的减速器。而直流力矩伺服电机（即低速直流伺服电机）可在几十转/分的低速下，甚至在长期堵转的条件下工作，故可直接驱动被控件而不需减速。

审核编辑：汤梓红