淺談伺服電機

伺服電動機
伺服電動機（或稱執行電動機）是shi自zi動dong控kong製zhi係xi統tong和he計ji算suan裝zhuang置zhi中zhong廣guang泛fan應ying用yong的de一yi種zhong執zhi行xing元yuan件jian。其qi作zuo用yong為wei把ba接jie受shou的de電dian信xin號hao轉zhuan換huan為wei電dian動dong機ji轉zhuan軸zhou的de角jiao位wei移yi或huo角jiao速su度du。按an電dian流liu種zhong類lei的de不bu同tong，伺si服fu電dian動dong機ji可ke分fen為wei直zhi流liu和he交jiao流liu兩liang大da類lei。
一
、交流伺服電動機
1
、結構和原理
交流伺服電動機的定子繞組和單相異步電動機相似，它的定子上裝有兩個在空間相差90°dianjiaoduderaozu
，jiliciraozuhekongzhiraozu。yunxingshiliciraozushizhongjiashangyidingdejiaoliulicidianya，kongzhiraozushangzejiadaxiaohuoxiangweisuixinhaobianhuadekongzhidianya。zhuanzidejiegouxingshilongxingzhuanzihekongxinbeixingzhuanziliangzhong。longxingzhuanzidejiegouyuyibanlongxingyibudiandongjidezhuanzixiangtong，danzhuanzizuodexichang，zhuanzidaotiyonggaodianzulvdecailiaozuocheng。qimudeshiweilejianxiaozhuanzidezhuandongguanliang，zengjiaqidongzhuanjuduishuruxinhaodekuaisufanyinghekefuzizhuanxianxiang。kongxinbeixingzhuanzijiaoliusifudiandongjidedingzifenweiwaidingziheneidingziliangbufen。waidingzidejiegouyulongxingjiaoliusifudiandongjidedingzixiangtong，tiexincaoneifangyouliangxiangraozu。kongxinbeixingzhuanziyoudaodiandefeicixingcailiao（如鋁）做成薄壁筒形，放在內
、外定子之間。杯子底部固定於轉軸上，杯臂薄而輕
，厚度一般在0.2—0.8mm，因而轉動慣量小，動作快且靈敏。
交流伺服電動機的工作原理和單相異步電動機相似，LL是有固定電壓勵磁的勵磁繞組，LK是有伺服放大器供電的控製繞組，兩相繞組在空間相差90°電角度。如果IL與Ik 的相位差為90°，erliangxiangraozudecidongshifuzhiyouxiangdeng，zhezhongzhuangtaichengweiduichengzhuangtai。yudanxiangyibudiandongjiyiyang
，zheshizaiqixizhongchanshengdehechengcichangweiyixuanzhuancichang，qizhuansuchengweitongbuzhuansu。xuanzhuancichangyuzhuanzidaotixiangduiqiege，zaizhuanzizhongchanshengganyingdianliu。zhuanzidianliuyuxuanzhuancichangxianghuzuoyongchanshengzhuanju，shizhuanzixuanzhuan。ruguogaibianjiazaikongzhiraozushangdedianliudedaxiaohuoxiangweicha，jiupohuaileduichengzhuangtai，shixuanzhuancichangjianruo
，diandongjidezhuansuxiajiang。dianjidegongzuozhuangtaiyuebuduicheng
，zongdiancizhuanjujiuyuexiao，dangchuqukongzhiraozushangxinhaodianyayihou，diandongjilijitingzhizhuandong。zheshijiaoliusifudiandongjizaiyunxingshangyuputongyibudiandongjidequbie。
         
交流伺服電動機有以下三種轉速控製方式：
（1）幅值控製   控製電流與勵磁電流的相位差保持90°不變，改變控製電壓的大小。
（2） 相位控製  控製電壓與勵磁電壓的大小

，保持額定值不變，改變控製電壓的相位。
（3）幅值—相位控製  同時改變控製電壓幅值和相位。交流伺服電動機轉軸的轉向隨控製電壓相位的反相而改變。
2 工作特性和用途
伺服電動機的工作特性是以機械特性和調節特性為表征。在控製電壓一定時，負載增加，轉速下降
；它的調節特性是在負載一定時，控製電壓越高，轉速也越高。伺服電動機有三個顯著特點：
（1）啟動轉矩大　由於轉子導體電阻很大，可使臨界轉差率Ｓｍ＞１，定子一加上控製電壓，轉子立即啟動運轉．
（２）運行範圍寬　在轉差率從０到１的範圍內都能穩定運轉．
（３）無自轉現象　控製信號消失後
，電動機旋轉不停的現象稱＂自轉＂．自轉現象破壞了伺服性，顯然要避免．
正(zheng)常(chang)運(yun)轉(zhuan)的(de)伺(si)服(fu)電(dian)動(dong)機(ji)隻(zhi)要(yao)失(shi)去(qu)控(kong)製(zhi)電(dian)壓(ya)後(hou)，伺(si)服(fu)電(dian)動(dong)機(ji)就(jiu)處(chu)於(yu)單(dan)相(xiang)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)。由(you)於(yu)轉(zhuan)子(zi)導(dao)體(ti)電(dian)阻(zu)足(zu)夠(gou)大(da)，使(shi)得(de)總(zong)電(dian)磁(ci)轉(zhuan)矩(ju)始(shi)終(zhong)是(shi)製(zhi)動(dong)性(xing)的(de)轉(zhuan)矩(ju)
，當(dang)電(dian)動(dong)機(ji)正(zheng)轉(zhuan)時(shi)失(shi)去(qu)Ｕｋ（控製電壓），產生的轉矩為負（０＜Ｓ＜１）。而反轉時失去UK
，產生的轉矩為正（1〈S〈2時〉，不會產生自轉現象，可以自行製動，迅速停止運轉

，這也是交流伺服電動機與異步電動機的重要區別。              

不同類型的交流伺服電動機具有不同的特點。籠型轉子交流伺服電動機具有勵磁電流較小

、體積較小、機械強度高等特點；但是低速運行不夠平穩
，有抖動現象。空心杯形轉子交流伺服電動機具有結構簡單
、維護方便、轉動慣量小
、運行平滑、噪聲小、沒有無線電幹擾、無抖動現象等優點；但是勵磁電流較大
，體積也較大
，轉子易變形，性能上不及直流伺服電動機。
交流伺服電動機適用於0.1—100W小功率自動控製係統中，頻率有50Hz、400Hz等多種。籠型轉子交流伺服電動機產品為SL係列。空心杯形轉子交流伺服電動機為SK係列，用於要求運行平滑的係統中。
二
、直流伺服電動機
直zhi流liu伺si服fu電dian動dong機ji的de基ji本ben結jie構gou與yu普pu通tong他ta勵li直zhi流liu電dian動dong機ji一yi樣yang，所suo不bu同tong的de是shi直zhi流liu伺si服fu電dian動dong機ji的de電dian樞shu電dian流liu很hen小xiao，換huan向xiang並bing不bu困kun難nan，因yin此ci都dou不bu用yong裝zhuang換huan向xiang磁ci極ji

，並bing且qie轉zhuan子zi做zuo得de細xi長chang，氣qi隙xi較jiao小xiao

，磁ci路lu不bu飽bao和he
，電dian樞shu電dian阻zu較jiao大da。按an勵li磁ci方fang式shi不bu同tong
，可ke分fen為wei電dian磁ci式shi和he永yong磁ci式shi兩liang種zhong，電dian磁ci式shi直zhi流liu伺si服fu電dian動dong機ji的de磁ci場chang由you勵li磁ci繞rao組zu產chan生sheng
，一yi般ban用yong他ta勵li式shi
；永(yong)磁(ci)式(shi)直(zhi)流(liu)伺(si)服(fu)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)磁(ci)場(chang)由(you)永(yong)久(jiu)磁(ci)鐵(tie)產(chan)生(sheng)，無(wu)需(xu)勵(li)磁(ci)繞(rao)組(zu)和(he)勵(li)磁(ci)電(dian)流(liu)，可(ke)減(jian)小(xiao)體(ti)積(ji)和(he)損(sun)耗(hao)。為(wei)了(le)適(shi)應(ying)各(ge)種(zhong)不(bu)同(tong)係(xi)統(tong)的(de)需(xu)要(yao)，從(cong)結(jie)構(gou)上(shang)作(zuo)了(le)許(xu)多(duo)改(gai)進(jin)，又(you)發(fa)展(zhan)了(le)低(di)慣(guan)量(liang)的(de)無(wu)槽(cao)電(dian)樞(shu)、空心杯形電樞
、印製繞組電樞和無刷直流伺服電動機等品種。
電磁式直流伺服電動機的工作原理和他勵式直流電動機同，因此電磁式直流伺服電動機有兩種控製轉速方式：dianshukongzhihecichangkongzhi。duiyongcishizhiliusifudiandongjilaishuo
，dangranzhiyoudianshukongzhitiaosuyizhongfangshi。youyucichangkongzhitiaosufangshidexingnengburudianshukongzhitiaosufangshi，guzhiliusifudiandongjiyibandoucaiyongdianshukongzhitiaosu。zhiliusifudiandongjizhuanzhoudezhuanxiangsuikongzhidianyadejixinggaibianergaibian。
直流伺服電動機的機械特性與他勵直流電動機相似
，即n=n0-αT。當勵磁不變時，對不同電壓Ua有一組下降的平行直線。
直流伺服電動機適用於功率稍大（1—600W）的de自zi動dong控kong製zhi係xi統tong中zhong。與yu交jiao流liu伺si服fu電dian動dong機ji相xiang比bi，它ta的de調tiao速su線xian性xing好hao，體ti積ji小xiao

，質zhi量liang輕qing，啟qi動dong轉zhuan矩ju大da
，輸shu出chu功gong率lv大da。但dan它ta的de結jie構gou複fu雜za
，特te別bie是shi低di速su穩wen定ding性xing差cha，有you火huo花hua會hui引yin起qi無wu線xian電dian幹gan擾rao。近jin年nian來lai
，發fa展zhan了le低di慣guan量liang的de無wu槽cao電dian樞shu電dian動dong機ji、空心杯形電樞電動機、印製繞組電樞電動機和無刷直流伺服電動機，來提高快速響應能力，適應自動控製係統的發展需要
，如電視攝象機
、錄音機、X—Y函數記錄儀及機床控製係統等。

直線電動機
zhixiandiandongjishiyizhongjiangdiannengzhijiezhuanhuanchengzhixianyundongjixienengdedianlichuandongzhuangzhi。takeyishengqudaliangzhongjianchuandongjigou，jiakuaixitongfanyingsudu，tigaoxitongjingquedu
，suoyidedaoguangfandeyingyong。zhixiandiandongjidezhongleianjiegouxingshikefenwei
；單邊扁平型、雙邊扁平型
、圓盤型、圓筒型（或稱為管型）等；按工作原理可分為：直流、異步、同步和步進等。下麵僅對結構簡單，使用方便，運行可靠的直線異步電動機做簡要介紹。
直線異步電動機的結構主要包括定子、動(dong)子(zi)和(he)直(zhi)線(xian)運(yun)動(dong)的(de)支(zhi)撐(cheng)輪(lun)三(san)部(bu)分(fen)。為(wei)了(le)保(bao)證(zheng)在(zai)行(xing)程(cheng)範(fan)圍(wei)內(nei)定(ding)子(zi)和(he)動(dong)子(zi)之(zhi)間(jian)具(ju)有(you)良(liang)好(hao)的(de)電(dian)磁(ci)場(chang)耦(ou)合(he)
，定(ding)子(zi)和(he)動(dong)子(zi)的(de)鐵(tie)心(xin)長(chang)度(du)不(bu)等(deng)。定(ding)子(zi)可(ke)製(zhi)成(cheng)短(duan)定(ding)子(zi)和(he)長(chang)定(ding)子(zi)兩(liang)種(zhong)形(xing)式(shi)。由(you)於(yu)長(chang)定(ding)子(zi)結(jie)構(gou)成(cheng)本(ben)高(gao)、運行費用高，所以很少采用。直線電動機與旋轉磁場一樣，定子鐵心也是由矽鋼片疊成，表麵開有齒槽；槽中嵌有三相
、兩相或單相繞組；單相直線異步電動機可製成罩極式
，也可通過電容移相。直線異步電動機的動子有三種形式：
(1)磁性動子 動子是由導磁材料製成（鋼板），既起磁路作用，又作為籠型動子起導電作用。
(2)非磁性動子 ，動子是由非磁性材料（銅）製成
，主要起導電作用，這種形式電動機的氣隙較大，勵磁電流及損耗大。
(3)動子導磁材料表麵覆蓋一層導電材料，導磁材料隻作為磁路導磁作用

；覆蓋導電材料作籠型繞組。
因磁性動子的直線異步電動機結構簡單

，動子不僅作為導磁、導電體，甚至可以作為結構部件
，其應用前景廣闊。
直(zhi)線(xian)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)的(de)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)和(he)旋(xuan)轉(zhuan)式(shi)異(yi)步(bu)電(dian)動(dong)機(ji)一(yi)樣(yang)，定(ding)子(zi)繞(rao)組(zu)與(yu)交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)相(xiang)連(lian)接(jie)，通(tong)以(yi)多(duo)相(xiang)交(jiao)流(liu)電(dian)流(liu)後(hou)，則(ze)在(zai)氣(qi)隙(xi)中(zhong)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)平(ping)穩(wen)的(de)行(xing)波(bo)磁(ci)場(chang)（當旋轉磁場半徑很大時
，就成了直線運動的行波磁場）。該gai磁ci場chang沿yan氣qi隙xi作zuo直zhi線xian運yun動dong
，同tong時shi
，在zai動dong子zi導dao體ti中zhong感gan應ying出chu電dian動dong勢shi
，並bing產chan生sheng電dian流liu，這zhe個ge電dian流liu與yu行xing波bo磁ci場chang相xiang互hu作zuo用yong產chan生sheng異yi步bu推tui動dong力li，使shi動dong子zi沿yan行xing波bo方fang向xiang作zuo直zhi線xian運yun動dong。若ruo把ba直zhi線xian異yi步bu電dian動dong機ji定ding子zi繞rao組zu中zhong電dian源yuan相xiang序xu改gai變bian一yi下xia
，則ze行xing波bo磁ci場chang移yi動dong方fang向xiang也ye會hui反fan過guo來lai

，根gen據ju這zhe一yi原yuan理li，可ke使shi直zhi線xian異yi步bu電dian動dong機ji作zuo往wang複fu直zhi線xian運yun動dong。
直線異步電動機主要用於功率較大場合的直線運動機構，如門自動開閉裝置
，起吊
、chuandiheshengjiangdejixieshebei，qudongcheliang，youqishiyongyugaosuhechaosuyunshudeng。youyuqianyinlihuotuidonglikezhijiechansheng
，buxuyaozhongjianliandongbufen，meiyoumoca
，wuzaosheng
，wuzhuanzifare，bushoulixinliyingxiangdengwenti。yinci，qiyingyongjiangyuelaiyueguang。zhixiantongbudiandongjiyouyuxingnengyouyue
，yingyongchangheyuzhixianyibudiandongjixiangtong，youqudaiqushi。zhixianbujindiandongjiyingyongyushukonghuituyi、記錄儀、數控製圖機、數控裁剪機、磁盤存儲器、精密定位機構等設備中。

關於步進電動機失步請看http://kadhoai.com.cn/gkong_bbs/dispbbs.asp?ID=28255

步進電機低速轉動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用下列方法來克服：

1.如果步進電機正好工作在共振區，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區

；
2.采用帶有細分功能的驅動器，這是最常用的、最簡便的方法；
3.換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；
4.換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲
，成本較高；
5.在電機軸上加磁性阻尼器
，機械結構改變較大,比較麻煩。