伺服電機簡介

伺服電機簡介

定義 伺服電機是一種補貼電機間接變速器，控制伺服系統中機械元件的運行。它是一種可連續旋轉的電機轉換器，也被稱為執行電機。伺服電機可以控制速度和位置，并將收到的電信號轉換為電機軸上的角位移或角速輸出。

其主要特點是：當信號電壓為零時，速度隨扭矩的增加而均勻下降；

其功能：控制速度和位置精度非常準確。

伺服電機的分類

伺服電機分為直流伺服電機和交流伺服電機。

交流伺服電機也是無刷電機，分為同步電機和異步電機。目前，同步電機一般用于運動控制，功率范圍大，功率大。慣性大，較高旋轉速度低，隨著功率的增加而迅速降低。因此，適用于低速平穩運行。

直流伺服電機分為無刷電機和有刷電機。

1、無刷電機體積小、重量輕、輸出大、響應快、速度快、慣性小、旋轉平穩、扭矩穩定?？刂茝碗s，易于實現智能化。其電子換相方式靈活，可用于方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率高，運行溫度低，電磁輻射小，使用壽命長，可用于各種環境。

2、刷電機成本低，結構簡單，啟動扭矩大，調速范圍寬，控制方便，需要維護，但維護方便（碳刷），產生電磁干擾，對環境有要求。因此，它可用于高成本的普通工業和民用場合。

伺服電機和步進電機的性能比較

步進電機作為一種開環控制系統，與現代數字控制技術有著本質的聯系。步進電機和伺服電機在控制模式（脈沖串和方向信號）上相似，但在性能和應用上存在很大差異。

控制精度不同

兩相混合步進電機步距角一般 1.8°、0.9°，五相混合步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。還有一些高性能步進電機通過細分后步距較小。(SANYO DENKI)二相混合步進電機的步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兩相和五相混合步進電機的步距角兼容。

電機軸后端的旋轉編碼器保證了交流伺服電機的控制精度。以山洋全數字交流伺服電機為例。對于帶有標準2000線編碼器的電機，脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機，驅動器每接收131072個脈沖電機，即脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°步進電機脈沖當量的1/655。

2低頻特性不同

步進電機在低速時容易發生低頻振動。振動頻率與負載和驅動性能有關，一般認為振動頻率是電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機工作原理決定的低頻振動現象對機器的正常運行非常不利。當步進電機在低速工作時，一般應使用阻尼技術來克服低頻振動現象，如在電機上添加阻尼器或驅動器上使用細分技術。

交流伺服電機運行非常穩定，即使在低速時也不會振動。交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械剛度不足，系統內部具有頻率分析功能(FFT)，機械共振點可檢測，便于系統調整。

3矩頻特性不同

步進電機的輸出扭矩隨著轉速的增加而下降，在較高的速度下會急劇下降，因此其較高工作速度一般為300~600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即其額定轉速(一般為2萬RPM或3000RPM)額定轉矩可以在額定轉速以上輸出恒功率輸出。

4過載能力不同

步進電機一般不具備過載能力。交流伺服電機過載能力強。以山洋交流伺服系統為例，它具有速度過載和扭矩過載能力。較大轉矩是額定轉矩的兩到三倍，可用于克服啟動時慣性負載的慣性轉矩。由于步進電機沒有這種過載能力，為了克服這種慣性扭矩，通常需要選擇更大的扭矩電機，機器在正常工作期間不需要這么大的扭矩，所以扭矩浪費。

5運行性能不同

步進電機的控制是開環控制。如果啟動頻率過高或負載過大，則容易丟失或堵塞。如果停止時速度過高，則容易過度沖洗。因此，為了保證其控制精度，應處理升降問題。交流伺服驅動系統為閉環控制。驅動器可以直接取樣電機編碼器的反饋信號，形成位置環和速度環。一般來說，步進電機不會丟失或過度沖洗，控制性能更可靠。

6.不同的速度響應性能

步進電機需要200~400毫秒才能從靜態加速到工作速度(一般每分鐘幾百轉)。交流伺服系統具有良好的加速性能，以山400W以交流伺服電機為例，從靜止加速到額定轉速3萬RPM需要快速啟停的控制場合只需幾毫秒。

因此，交流伺服系統在許多性能上都優于步進電機。但在一些要求較低的情況下，步進電機經常用作執行電機。因此，在控制系統的設計過程中，應綜合考慮控制要求、成本等因素，選擇合適的控制電機。

伺服電機和單機異步電機的性能比較

1無自轉現象

伺服電機正常運行，只要失去控制電壓，電機就會立即停止運行。當伺服電機失去控制電壓時，它處于單相運行狀態。由于轉子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉的旋轉磁場和轉子功能產生的兩個扭矩特性（T1－S1、T2－S2曲線、合成轉矩特性（T－S曲線）

伺服電機的輸出功率一般為0.1-100W。當電源頻率為50時Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當電源頻率為400時Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。

2操作范圍廣

3起動轉矩大

由于轉子電阻大，其扭矩特性曲線如圖3所示，與普通異步電機的扭矩特性曲線2有明顯差異。它可以使臨界轉差率S0>1不僅使扭矩特性（機械特性）更接近線性，而且具有較大的啟動扭矩。因此，當定子有控制電壓時，轉子立即旋轉，即啟動快，靈敏度高。