伺服电机 工作原理和特点

2018-03-22

    伺服电机 又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,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。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 是一个典型闭环反馈系统,减速齿轮 组由电机驱动,其终端(输出端)带动一个 线性的比例电位器作位置检测,该电位器 把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板,控制线路 板将其与输入的控制脉冲信号比较,产生纠正脉冲,并驱动电 机正向或反向地转动,使齿轮组 的输出位置与期望值相符,令纠正脉冲趋于为0,从而达到 使伺服电机精确定位的目的。 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 电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电动机相似.其定子上 装有两个位置互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它始终接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L,联接控制信号电压Uc。所以交流 伺服电动机又称两个伺服电动机。         交流伺服 电动机的转子通常做成鼠笼式,但为了使 伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性,无“自转”现象和快 速响应的性能,它与普通电动机相比,应具有转 子电阻大和转动惯量小这两个特点。目前应用 较多的转子结构有两种形式:一种是采 用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子,为了减小 转子的转动惯量,转子做得细长;另一种是 采用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁很薄,仅0.2-0.3mm,为了减小磁路的磁阻,要在空心 杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形 转子的转动惯量很小,反应迅速,而且运转平稳,因此被广泛采用。  

 交流伺服 电动机在没有控制电压时,定子内只 有励磁绕组产生的脉动磁场,转子静止不动。当有控制电压时,定子内便 产生一个旋转磁场,转子沿旋 转磁场的方向旋转,在负载恒定的情况下,电动机的 转速随控制电压的大小而变化,当控制电 压的相位相反时,伺服电动机将反转。  
 交流伺服 电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似,但前者的 转子电阻比后者大得多,所以伺服 电动机与单机异步电动机相比,
有三个显著特点:   
1、起动转矩大   

由于转子电阻大,其转矩特性曲线如图3中曲线1所示,与普通异 步电动机的转矩特性曲线2相比,有明显的区别。它可使临界转差率S0>1,这样不仅使转矩特性(机械特性)更接近于线性,而且具有 较大的起动转矩。因此,当定子一有控制电压,转子立即转动,即具有起动快、灵敏度高的特点。   
2、运行范围较广   
3、无自转现象   

正常运转 的伺服电动机,只要失去控制电压,电机立即停止运转。当伺服电 动机失去控制电压后,它处于单相运行状态,由于转子电阻大,定子中两 个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性(T1-S1、T2-S2曲线)以及合成转矩特性(T-S曲线)   

交流伺服 电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz,电压有36V、110V、220、380V;当电源频率为400Hz,电压有20V、26V、36V、115V等多种。   

交流伺服 电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性,并且由于转子电阻大,损耗大,效率低,因此与同 容量直流伺服电动机相比,体积大、重量重,所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。


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