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°電dian角jiao度du的de繞rao組zu，即ji勵li磁ci繞rao組zu和he控kong製zhi繞rao組zu。運yun行xing時shi勵li磁ci繞rao組zu始shi終zhong加jia上shang一yi定ding的de交jiao流liu勵li磁ci電dian壓ya
，控kong製zhi繞rao組zu上shang則ze加jia大da小xiao或huo相xiang位wei隨sui信xin號hao變bian化hua的de控kong製zhi電dian壓ya。轉zhuan子zi的de結jie構gou形xing式shi籠long型xing轉zhuan子zi和he空kong心xin杯bei型xing轉zhuan子zi兩liang種zhong。籠long型xing轉zhuan子zi的de結jie構gou與yu一yi般ban籠long型xing異yi步bu電dian動dong機ji的de轉zhuan子zi相xiang同tong，但dan轉zhuan子zi做zuo的de細xi長chang，轉zhuan子zi導dao體ti用yong高gao電dian阻zu率lv的de材cai料liao作zuo成cheng。其qi目mu的de是shi為wei了le減jian小xiao轉zhuan子zi的de轉zhuan動dong慣guan量liang，增zeng加jia啟qi動dong轉zhuan矩ju對dui輸shu入ru信xin號hao的de快kuai速su反fan應ying和he克ke服fu自zi轉zhuan現xian象xiang。空kong心xin杯bei形xing轉zhuan子zi交jiao流liu伺si服fu電dian動dong機ji的de定ding子zi分fen為wei外wai定ding子zi和he內nei定ding子zi兩liang部bu分fen。外wai定ding子zi的de結jie構gou與yu籠long型xing交jiao流liu伺si服fu電dian動dong機ji的de定ding子zi相xiang同tong，鐵tie心xin槽cao內nei放fang有you兩liang相xiang繞rao組zu。空kong心xin杯bei形xing轉zhuan子zi由you導dao電dian的de非fei磁ci性xing材cai料liao（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．
zhengchangyunzhuandesifudiandongjizhiyaoshiqukongzhidianyahou
，sifudiandongjijiuchuyudanxiangyunxingzhuangtai。youyuzhuanzidaotidianzuzugouda，shidezongdiancizhuanjushizhongshizhidongxingdezhuanju，dangdiandongjizhengzhuanshishiquＵｋ（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
zhiliusifudiandongjidejibenjiegouyuputongtalizhiliudiandongjiyiyang，suobutongdeshizhiliusifudiandongjidedianshudianliuhenxiao，huanxiangbingbukunnan
，yincidoubuyongzhuanghuanxiangciji，bingqiezhuanzizuodexichang，qixijiaoxiao
，cilububaohe
，dianshudianzujiaoda。anlicifangshibutong，kefenweidiancishiheyongcishiliangzhong
，diancishizhiliusifudiandongjidecichangyouliciraozuchansheng
，yibanyongtalishi；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：電dian樞shu控kong製zhi和he磁ci場chang控kong製zhi。對dui永yong磁ci式shi直zhi流liu伺si服fu電dian動dong機ji來lai說shuo，當dang然ran隻zhi有you電dian樞shu控kong製zhi調tiao速su一yi種zhong方fang式shi。由you於yu磁ci場chang控kong製zhi調tiao速su方fang式shi的de性xing能neng不bu如ru電dian樞shu控kong製zhi調tiao速su方fang式shi，故gu直zhi流liu伺si服fu電dian動dong機ji一yi般ban都dou采cai用yong電dian樞shu控kong製zhi調tiao速su。直zhi流liu伺si服fu電dian動dong機ji轉zhuan軸zhou的de轉zhuan向xiang隨sui控kong製zhi電dian壓ya的de極ji性xing改gai變bian而er改gai變bian。
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）dezidongkongzhixitongzhong。yujiaoliusifudiandongjixiangbi，tadetiaosuxianxinghao，tijixiao，zhiliangqing，qidongzhuanjuda，shuchugonglvda。dantadejiegoufuza
，tebieshidisuwendingxingcha
，youhuohuahuiyinqiwuxiandianganrao。jinnianlai
，fazhanlediguanliangdewucaodianshudiandongji、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
直zhi線xian電dian動dong機ji是shi一yi種zhong將jiang電dian能neng直zhi接jie轉zhuan換huan成cheng直zhi線xian運yun動dong機ji械xie能neng的de電dian力li傳chuan動dong裝zhuang置zhi。它ta可ke以yi省sheng去qu大da量liang中zhong間jian傳chuan動dong機ji構gou

，加jia快kuai係xi統tong反fan映ying速su度du，提ti高gao係xi統tong精jing確que度du
，所suo以yi得de到dao廣guang泛fan的de應ying用yong。直zhi線xian電dian動dong機ji的de種zhong類lei按an結jie構gou形xing式shi可ke分fen為wei
；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、dongzihezhixianyundongdezhichenglunsanbufen。weilebaozhengzaixingchengfanweineidingzihedongzizhijianjuyoulianghaodediancichangouhe，dingzihedongzidetiexinchangdubudeng。dingzikezhichengduandingzihechangdingziliangzhongxingshi。youyuchangdingzijiegouchengbengao
、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）。gaicichangyanqixizuozhixianyundong
，tongshi，zaidongzidaotizhongganyingchudiandongshi，bingchanshengdianliu，zhegedianliuyuxingbocichangxianghuzuoyongchanshengyibutuidongli，shidongziyanxingbofangxiangzuozhixianyundong。ruobazhixianyibudiandongjidingziraozuzhongdianyuanxiangxugaibianyixia，zexingbocichangyidongfangxiangyehuifanguolai

，genjuzheyiyuanli
，keshizhixianyibudiandongjizuowangfuzhixianyundong。
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、傳chuan遞di和he升sheng降jiang的de機ji械xie設she備bei，驅qu動dong車che輛liang
，尤you其qi是shi用yong於yu高gao速su和he超chao速su運yun輸shu等deng。由you於yu牽qian引yin力li或huo推tui動dong力li可ke直zhi接jie產chan生sheng，不bu需xu要yao中zhong間jian連lian動dong部bu分fen，沒mei有you摩mo擦ca，無wu噪zao聲sheng
，無wu轉zhuan子zi發fa熱re，不bu受shou離li心xin力li影ying響xiang等deng問wen題ti。因yin此ci，其qi應ying用yong將jiang越yue來lai越yue廣guang。直zhi線xian同tong步bu電dian動dong機ji由you於yu性xing能neng優you越yue，應ying用yong場chang合he與yu直zhi線xian異yi步bu電dian動dong機ji相xiang同tong
，有you取qu代dai趨qu勢shi。直zhi線xian步bu進jin電dian動dong機ji應ying用yong於yu數shu控kong繪hui圖tu儀yi、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。