什么是伺服电机？伺服电机的内部结构及其工作原理

　　伺服电机（servo motor ）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。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可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。

　　

　　什么是伺服电机？

　　伺服电动机又称执行电动机，它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出，改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。

　　伺服电动机的种类多，用途广。例如在雷达天线系统中，雷达天线是由交流伺服电动机拖动的， 当天线发出去的无线电波遇到目标时，就会被反射回来送给雷达接收机；雷达接收机将目标的方位和距离确定后，向交流伺服电动机送出电信号，交流伺服电动机按照该电信号拖动雷达天线跟踪目标转动。

　　根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。直流伺服电动机输出功率较大，功率范围为1～600瓦，有的甚至可达上千瓦；而交流伺服电动机输出功率较小，功率范围一般为0.1～100瓦。

　　伺服电机内部结构

　　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。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可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。

　　

　　伺服电机的工作原理

　　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，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）。

　　交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：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。

　　

　　伺服可作为交流或直流电动机。早期一般伺服直流电动机，因为只有类型的控制大电流是通过序列多年。随着晶体管成为能够控制大电流和开关的大电流在更高的频率，交流伺服电机成为更经常地使用。早期伺服是专为伺服放大器。今天，一类是电机设计的应用，筹措，可能使用伺服放大器或变频控制器，这意味着电动机可用于伺服系统在一个应用程序，并使用变频驱动器在另一应用程序。有些公司还要求任何闭环系统，不使用步进电机伺服系统，所以它是可能的一个简单的交流感应电机是连接到一个速度控制器，被称为伺服电机。

　　有些变化，必须作出任何运动，目的是作为伺服在cludes的能力，运作了一系列的速度没有过热，运作的能力在零速度和保持足够的转矩举行负荷的立场，运作能力在非常低的速度很长时间没有过热。老年型发动机冷却风扇已是直接连接到电机轴。当电机运行速度缓慢，风扇不会移动足够的空气冷却的发动机。较新的发动机有一个单独的风机安装，以便将提供最佳的冷却空气。这扇是由常数电压源，以便它反过来将在最大转速在任何时候都不管的速度伺服。其中最实用类型的电机伺服系统是永久磁铁（下午）型发动机。电压为外地绕组永磁型电机可以交流电压或直流电压。永磁型电机类似于其他类型电机下午以前提出。图11-83显示了剖图片的永磁电机和图。 11-84显示了剖图的永磁电机。从图片和图表可以看到住房，转子和定子都期待非常相似，前型永磁电动机。主要的差异这种类型的发动机，它可能减少齿轮能够将更大的负荷迅速从一个站着不动的位置。这种类型的永磁电机也有一个编码器或解析器内置马达的住房。这确保了设备将准确地表明了立场或速度的电机轴。

　　

　　无刷伺服无刷伺服电机的目的是开展活动，刷子。这意味着，减刑的刷子提供现在必须以电子方式提供。电子减刑是由开关晶体管和关闭在适当时候。图11-85表明三个例子的电压和电流波形发送到无刷伺服电机。图11-86显示一个例子，这三个绕组的无刷伺服电机。主要的一点无刷servomo因子是，它可以采用任何交流电压或直流电压。

　　图11-85显示三种类型的电压波形，可用于功率无刷伺服电机。图11 - 85a显示了梯形电动势（电压）输入和方波电流输入。图11 - 85b显示波形的正弦输入电压和方波电流波形。图11 - 85C号显示了正弦输入波形和正弦电流波形。正弦输入和正弦电流波形是最受欢迎的电压用品的无刷伺服电机。

　　图11-86表明三套晶体管类似的晶体管输出级的变频驱动器。在图。11-86a晶体管相连的三个绕组电机以同样的方式在变频驱动器。在图。一升-86b图的波形的输出晶体管表现为三个不同的正弦波。波形的控制电路为基础，每一个transis器中显示图。11-86c。图11-86d表明了反电势的驱动波形。

　　

　　图11-85 （a）陷阱ezoidal输入电压和方波电流波的形式。（b）正弦输入电压和正弦电压和方波输出电压波的形式。（c）正弦输入电压和sinusoi达电流波形。这已成为最流行的类型的无刷伺服控制。

　　伺服控制器

　　伺服控制器已成为不仅仅是放大器的伺服电机。今天，伺服控制器必须能够作出了一系列决定，并提供一种手段，接收信号来自外部传感器和控制系统中，并发出信号，主机控制器和PLC的接口，可能与伺服系统。图11-87显示了图片的几个伺服电机和放大器。各组成部分在这个图片看起来类似的各种其他类型的电机和控制器。

　　图11-88显示了图伺服控制器，以便您可以看到一些分歧与其他类型的电机控制器。该控制器在此图是直流伺服电机。该控制器有三个港口，使信号或发送信号的控制器。电源供应器，伺服电机，和转速表连接到端口P3底部的控制器。你可以看到，电源电压为115伏单相交流。一个主要的断开连接的一系列与李线。在李和N线路供电的隔离降压变压器。二次电压跨前可以是任何电压的20和85伏特。该控制器接地端8 。你应该记住，地面在这一点上是用来提供短路保护所有金属部件的系统。

　　该伺服电机连接到终端控制器在第4和第5 。终端5 +和终端4 -。 3号候机楼提供了地面的屏蔽的连接线，电机和控制器。在转速表连接到终端1和2 。 2号候机楼是+和终点站1 -。在此盾构电缆接地电动机案件。电线连接到这个港口将大于导线连接到其他港口，因为它们必须能够携带更大的电机电流。如果电动机采用了外置散热风扇，这将是连接通过这个港口。在大多数情况下，冷却风扇将采用单相或三相交流电压保持在恒定的水平，如110伏或240伏。

　　

　　图11-86 （a）sistors连接到三个绕组的无刷伺服电机。（b）波形的三个独立的电压，用于功率电机的三个风消息。（c）波形的信号用来控制晶体管序列，提供了波形图前，（d）波形的整体反电势。

　　

　　图11-88图的伺服控制器。此图显示的数字（开关）信号和模拟信号发送到控制器，以及信号控制器传送回主机控制器或PLC 。

　　该命令的信号被送到控制器通过港口。该终端的指挥信号的1和2 。 1号候机楼是+和终端2 -。这种信号是一种信号，这意味着它不是停飞或不同意的理由可能同任何其他部分的电路。一些额外的辅助信号也通过端口连接1 。这些信号包括抑制（异烟肼） ，这是用来停用驾驶从外部控制器，并正向和反向的命令（刚果和吸波涂层） ，其中向控制器发出电压电机，使之将在旋转向前或扭转方向化。在某些应用中，最大的旅行着限位开关和反向最大的旅行限位开关连接，如果旅行的机器动作的极端位置，以便它触及了overtravel限位开关，它会自动激发干劲，开始旅行相反的方向发展。

　　港口还提供了几个数字输出信号，可以用来发送故障信号或其他信息，如“驱动器运行”回到主控制器或PLC。港口基本上是界面的全数字化（开关）信号。

　　港口的P2是界面的模拟（ 0 -最大值）的信号。典型的信号，这车包括电机电流和电机速度信号，传送至伺服控制器到主机或公司，在这里他们可以用来验证逻辑，以确保控制器发出正确的信息的马达。输入信号从主机或PLC还可以被发送到控制器设置最大电流和速度的驱动器。在新的数字驱动器，这些值控制的驱动器参数，编程到驱动器。