伺服电机内部结构及其工作原理.docx

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1、伺服电机工作原理伺服电机原理一、沟通伺服电动机沟通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像.共定子上装有两个位置互差90。的绕组,一个是励磁绕组Rf它始终接在沟通电压Uf上：另一个是限制绕组1.,联接限制信号电压Uc,所以沟通伺服电动机又称两个何服电动机。沟通同服电动机的转子通常做成就笼式，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，无白粒现象和快速响应的性能.它与一般电动机相比，应具有转广电阻大和转动惯嵬小这两个特点。目前应用较多的转广结构有两种形式：种是采纳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，转子做得瘦长：另一种是采纳铝合金制成

2、的空心杯形转子,杯壁很薄，仅，为了减小磁路的磁阻.要在空心杯形转子内放苴固定的内定空心杯形转f的转动惯量很小，反应快速，而U运转平稔，因此被广泛采纳。沟通伺服电动机在没有限制电压时，定子内只有励磁缆组产生的脉动礴场,转子静止不动。当有限制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的状况下，电动机的转速随限制电压的大小而变更，当限制电压的相位相反时，何服电动机将反转。沟通同服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相像.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，有三个技著特点：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

3、一般异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区分。它可使临界转差率S01这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而H具有较大的起动转矩。因此，当定子一有限制电压，转子马上转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。2、运行范图较广3.无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去限制电压，电机马上停止运转。当伺服电动机失去限制电压后，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）以及金成转矩特性（T-S曲线）沟通伺服电动机的输出功率一般是01-100W,当电源频率为50Hz,电压有36V、110V,220、380V；当电源

4、频率为400Hz,电压有20V、26V,36V、115V等多种。沟通同服电动机运行平稳、噪音小。但限制特性是非线性，并且由于转子电限大，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05-100W的小功率限制系统。沟通伺服电动机原理？伺服电机内部的转子是永磁铁，变动器限制的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，张动器依据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度,伺服电机的精度确定于编码器的精度（线数）。伺服电动机在伺服系统中限制机械元件运转的发动机.是一种补助马达间接变速装置.又称执行电动机，在自动限制系统中

5、,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。分为直流和沟通伺服电动机两大类，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，作用：何服电机使限制速度,位置精度特别精确。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简洁，启动转矩大，调速范围宽，限制简洁，须要维护,但维护便利（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腾的一般工业和民用场合。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。限制困难，简洁实现智能化，其电子换相方式敏捷，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

6、磁辐射很小,长寿命，可用于各种环境。沟通同服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动限制中-股都用同步电机.它的功率范闱大,可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且陆若功率增大而快速降低，因而适合做低速平稔运行的应用。伺服电动机唯本学问讲解伺服电动机何服电动机又叫执行电动机,或叫限制电动机。在自动限制系统中,伺服电动机是一个执行元件，它的作用是把信号（限制电压或相位）变换成机械位移，也就是把接收到的电信号变为电机的肯定转速或角位移。箕容量-一般在0.1-1OOW,常用的是30W以下。伺服电动机有直流和沟通之分。一、沟通何服电动机沟通伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单和异步电动

7、机相像，如图1所示。其定子上装有两个位置互差90。的绕组，一个是物减绕组Rf.它始终接在沟通电压Uf上：另一个是限制绕组1.,联接限制信号电压UC。所以沟通伺服电动机又称两个伺服电动机。沟通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国、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性熊，它与一般电动机相比,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：一种是采纳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i转子做得班长：另一种是采纳铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-03mm,为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子

8、内放置固定的内定子，如图2所示。空心杯形转子的转动惯量:很小，反应快速,而且运转平稳,因此被广泛采纳；图2空心杯形转r伺服电动机结构沟通伺服电动机在没有限制电压时，定子内只有励磁缆组产生的脉动磁场.转r静止不动。当有限制电压时,定子内便产生个旋转磁场,转子沿旋转破场的方向旋转，在负载恒定的状况下，电动机的转速随限制电压的大小而变更,当限制电压的相位相反时，制服电动机将反转.沟通伺服电动机的1：作原理与分相式单相异步电动机虽然相像.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，与一般异步电动机的转

9、矩特性曲线2相比.有明显的区分.它可使临界转差率S01这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于畿性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有限制电压，转子马上转动，即具有起动快、灵敢度高的特点。图3伺服电动机的转矩特性2、运行范围较宽如图3所示，较差率S在。到1的范国内伺服电动机都能检定运转.3、无自转现象正常运转的伺服电动机，只要失去限制电压，电机吗上停止运转.当伺服电动机失去限制电压后，它处于单相运行状态，由于转r电阻大，定r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曲线如图4所示，与般的单相异步电动机的转矩特性（图中T-

10、S曲线）不同。这时的合成转矩T是制动转矩，从而使电动机快速停止运转，图4伺服电动机单和运行时的转矩特性图5是伺服电动机电相运行时的机械特性曲线。负我肯定时，限制电压UC愈高,转速也愈高，在限制电压肯定时.负载憎加，转速下降.图5伺服电动机的机械特性沟通伺服电动机的输出功率般是01-100W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。沟通伺服电动机运行平稔、噪音小.但限制特性是非线性，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、重室重，所以只适用于05100W的小功率限制系统

11、.二、直流伺服电动机直流伺服电动机的结构和一般直流电动机一样,只是为了减小转动惯量而做得瘦长一些。它的励磁绕组和电枢分别由两个独立电源供电。也有永磁式的，即破极是永久磁铁.通常采纳电枢限制,就是励磁电压f肯定,建立的磁通量也是定值，而将限制电压UC加在电枢上，其接线图如图6所示。图6直流伺服电动机接线图直流伺服电动机的机构特性（n=f（T）和直流他励电动机一样,也用下式表示：n=UcKE7-RaKE7KT77T图7是直流伺服电动机在不同限制电压下（UC为额定限制电压）的机械特性曲线.由图可见：在肯定负载转矩下，当磁通不变时.假如上升电枢电乐，电机的转速就上升：反之，降低电枢电压，转速就下降：当

12、UC=O时，电动机马上停转.要电动机反转,可变更电枢电压的极性。I图7直流何服电动机的n=f(T)线直流伺服电动机和沟通伺服电动机相比它具有机械特性较硬、输出功率较大、不自转，起动转矩大等优点。沟通的伺服电动机的原理沟通伺服电机的定子装有三相对称的绕组，而转子是永久磁极。当定子的绕组中通过三相电源后，定子与转子之间必定产生一个旋转场。这个旋转磁场的转速称为同步转速.电机的转速也就是磁场的转速。由于转子有破极.所以在假低频率下也能旋转运行。所以它比异步电机的调速范围更宽。而与直流何服电机相比，它没有机械换向器.特殊是它没有了碳刷完全解除了换向时产生火花对机械造成的磨损，另外沟通向服电机自带一个编

13、码器。可以随时将电机运行的状况“报告”给建动器.蜒动器又依据得到的“报告”更精确的限制电机的运行。由此可见沟通伺服电机优点的确很多。可是技术含用也高了，价格也高了。最重要是对沟通伺服电机的调试技术提高了.也就是电机虽好,假如调试不好一样是何题多多。伺服电机内部的转子是永能铁，驱动器限制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机白带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器依据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度确定于编内器的精度(线数)。4.什么是何服电机？有几种类型？工作特点是什么？答：伺服电动机又称执行电动机,在白动限制系统中，用作执行元件，把所收到的电信

14、号转换成电动机轴上的角位移或用速度输出。分为直流和沟通何服电动机两大类,其主要特点是,当信号电压为零时无白转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降,请问沟通伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上有什么区分？答：沟通伺服要好一些，因为是正弦波限制，转矩脉动小。电流伺服是梯形波。但直流何服比较简洁，便宜。永磁沟通同服电动机20世纪80年头以来，陋若集成电路、电力电子技术和沟通可变速驱动技术的发展.永磁沟通伺服驱动技术有了突出的发展,各国著名电气厂商相继推出各自的沟通伺服电动机和伺服强动器系列产品并不断完善和更新.沟通伺服系统已成为当代而性能伺服系统的主要发展方向,使原来的直流伺服面临被淘汰的危机。90年头

15、以后，世界各国已经商品化了的沟通何服系统是采纳全数字限制的正弦波电动机伺服驱动。沟通伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异，永磁沟通伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：无电刷和换向器，因此工作车兜，对维护和保养耍求低。定子绕组故热比较便利.惯母小，易于提高系统的快速性。适应于高速大力矩工作状态。同功率下有较小的体积和重量。伺服电动机的介绍何服电动机（或称执行电动机）是自动限制系统和计算装幼中广泛应用的一种执行元件。其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度.按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和沟通两大类.一、沟通伺服电动机1、结构和原理沟通伺服电动机的定子绕组和单相异步电

16、动机相像,它的定子上装有两个在空间相差90。电角度的绕组，即励磁绕组和限制绕组，运行时励破绕组始终加上肯定的沟通励磁电压，限制绕组上则加大小或相位随信号变更的限制电压.转子的结构形式笼型转子和空心杯型转子两种，笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同，但转子做的版长,转子导体用高.电阻率的材料作成.其目的是为了减小转子的转动惯量，增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象.空心杯形转子沟通伺服电动机的定子分为外定子和内定子两部分.外定子的结构与笼型沟通何服电动机的定子相同，铁心槽内放有两相绕组。空心杯形转子由M电的非磁性材料（如铝）做成薄壁箱形，放在内、外定子之间。杯子底部固定于转轴上

17、，杯曾薄而轻，厚度一般在0.2-0.8mm,因而转动惯任小，动作快且灵场，沟通伺服电动机的工作原理和单相异步电动机相像，1.1.是有固定电压励磁的励磁绕组，1.K是有伺服放大器供电的限制绕组，两相绕组在空间相差90。电角度。假如I1.与Ik的相位差为90。，而两相绕组的磁动势福值又相等，这种状态称为对称状态.与单相异步电动机一样，这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场，其转速称为同步转速，旋转磁场与转子导体相对切割，在转子中产生感应电流。转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩，使转子旋转.假如变更加在限制绕组上的电流的大小或相位差，就破坏了对称状态，使旋转破场减弱，电动机的转速下降。电机的1：作状

18、态越不对称，息电磁转矩就越小,当除去限制绕组上信号电压以后，电动机马上停止转动。这是沟通何服电动机在运行上与一般异步电动机的区分。沟通伺服电动机有以下三种传速限制方式:1）幅值限制限制电流与励磁电流的相位差保持90。不变，变更限制电压的大小.相位限制限制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，变更限制电年的相位。（3）幅值一相位限制同时变更眼制电压幅值和相位。沟通向服电动机转轴的转向隙限制电压相位的反相而变更。2工作特性和用途伺服电动机的1：作特性是以机械特性和调整特性为表征.在限制电压肯定时.负载增加，转速卜.降：它的谢整特性是在负载肯定时，限制电压越高，转速也越高.伺服电动机有三个显著特点：

19、（1）启动转矩大由于转子导体电阻很大，可使临界转差率Sm1,定子一加上限制电压.传子马上启动运转.（2）运行范国宽在转差率从。到1的范围内都能柩定运转.（3）无自转现象限制信号消逝后,电动机旋转不停的现象称“自转”.白转现象破坏了伺服性，明显要避开.正常运转的伺服电动机只要失去限制电压后，伺服电动机就处r单相运行状态。由于转子导体电阻足够大，使得总电磁转矩始终是制动性的转矩，当电动机正转时失去Uk（限制电压），产生的转矩为负（OVSVI,而反转时失去UK,产生的转矩为止（1（S（2时）,不会产生自转现象，可以自行制动.快速停止运转，这也是沟通伺服电动机与异步电动机的重要区分。不同类型的沟通伺服

20、电动机具有不同的特点,笼型转子沟通伺服电动机具有励能电流较小、体枳牧小、机械强度高等特点：但是低速运行不够平稔，有抖动现象.空心杯形转子沟通伺服电动机具有结构简沾、维护便利、转动惯地小、运行平滑、噪声小、没有无线电干扰、无抖动现象等优点：但是物磁电流较大，体枳也较大，转子易变形,性能上不及直流伺服电动机.沟通伺服电动机适用于0.1100W小功率自动限制系统中，频率有50HZ、4OOHz等多种。笼型转子沟通伺服电动机产品为S1.系列。空心杯形转子沟通伺眼电动机为SK系列，用于要求运行平滑的系统中.二、直流伺服电动机直流伺服电动机的基本结构与一般他励直流电动机一样，所不同的是直流伺服电动机的电枢电

21、流很小,换向并不困难,因此都不用装换向磁极,并且转子做得瘦长，气隙较小，破路不饱和，电根电阻较大。按励破方式不同，可分为电磁式和永磁式两种，电磁式直流伺服电动机的磁场由励破绕组产生,一般用他励式:永磁式直流何服电动机的破场由永久破铁产生，无需励破绕组和励磁电流.可减小体积和损耗。为了适应各种不同系统的须要，从结构上作了很多改进，又发展了低惯量的无槽电枢、空心杯形电枢、印制绕组电枢和无刷直流何服电动机等品种.电磁式直流同服电动机的工作原理和他励式直流电动机同，因此电磁式直流何眼电动机有两种限制转速方式：电枢限制和破场限制.对永磁式直流伺服电动机来说，当然只有电枢限制谢速一种方式。由于磁场限制调速

22、方式的性能不如电枢限制调速方式，故直流伺服电动机一般都采纳电枢限制调速,直流伺服电动机转轴的转向防限制电压的极性变更而变更.直流伺服电动机的机械特性与他励电流电动机相像.即n=nO-T.当励磁不变时，对不同电压Ua有一组下降的平行直线，直流伺服电动机适用于功率稍大(1-600W)的自动限制系统中。与沟通伺服电动机相比，它的调速战性好，体枳小，质量轻，启动转矩大，输出功率大。但它的结构困难，特殊是低速稳定性差.有火花会引起无线电干扰。近年来发展了低惯量的无槽电枢电动机、空心杯形电枢电动机、印制绕组电枢电动机和无刷直流伺服电动机.来提高快速响应实力，适应自动限制系统的发展须要，如电视摄象机、录音机

23、、XY函数记录永磁沟通何服电动机20世纪80年头以来.随着柒成电路、电力电子技术和沟通可变速驱动技术的发展，永磁沟通何服驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继推出各白的沟通伺服电动机和伺服驱动器系列产品并不断完善和更新。沟通伺服系统已成为当代高性能同服系统的主要发展方向，使原来的直流伺服面临被淘汰的危机.90年头以后，世界各国己经商品化了的沟通伺服系统是采纳全数字限制的正弦波电动机伺服驱动。沟通伺服驱动装置在传动领域的发展日新月异。永磁沟通伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有：无电刷和换向器，因此工作牢我，对维护和保养要求低，定子绕组散热比较便利。惯量小，易于提高系统的快速性，适应

24、于高速大力矩工作状态。同功率下有较小的体枳和垂录。白从德国MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年汉诺威贸易博览会上正式推出MAC永磁沟通何服电动机和驱动系统，这标记着此种新一代沟通伺服技术已进入好用化阶段。到20世纪80年头中后期,各公司都已有完摘的系列产品,整个伺服装置市场都转向了沟通系统。早期的模拟系统在诸如号漂、抗干扰、牢靠性、精度和柔性等方面存在不足尚不能完全满意运动限制的要求，近年来随着微处理器、新型数字信号处理器（DSP）的应用，出现了数字限制系统，限制部分可完全由软件进行.分别称为搦胧只值或搏旌鲜能、搠只够的永磁沟通伺服系统。到目前为止，高性能

25、的电伺服系统大多采纳永磁同步型沟通伺服电动机，限制驱动器多采纳快速、精确定位的全数字位次何服系统.典型生产厂家如德国西门子、美国科尔摩根和日本松下及安川等公司。日本安川电机制作所推出的小型沟通何服电动机和驱动器，其中D系列适用于数控机床（最高转速为100Ormin,力矩为0.252.8N.m）R系列适用于机器人（最高转速为3000rmin,力矩为0016016N.m）。之后又推出M、F、S,H、C.G六个系列。20世纪90年头先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051维片机限制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片限制.力矩波动由24%降低到7%,并提高了牢党性.这样

26、只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.056kW）较完整的体系，满意了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同须要。以生产机床数控装置而著名的日本法奴克（FanUC）公司，在20世纪80年头中期也推出了S系列（13个规格）和1.系列（5个规格）的永磁沟通何服电动机。1.系列有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特殊快速响应的位置同服系统。日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS.HC-SFS.HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大限铁工所（B1.系列）、三洋电气（B1.系列）、立石电机（S

27、系列等众多厂商也进入了永磁沟通何服系统的竞争行列。M国力士乐公司（Rexroth）f1.-jIndramat分部的MAC系列沟通伺服电动机共有7个机座号92个规格。福国西门子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁沟通伺服电动机分为标准型和短型两大类,共8个机座号98种规格。据称该系列沟通伺服电动机与相同输出力矩的直流伺服电动机IHU系列相比，重量只有后者的1/2,配套的晶体管脉变调制驱动器6SC61系列.最多的可供6个轴的电动机限制。福国宝石（BOSCH）公司生产铁氧体永磁的SD系列（17个规格）和稀土永磔的SE系列（8个规格）沟通伺服电动机和ServodynSM系列的驱动限制器。美国著

28、名的伺服装置生产公司GettyS曾一度作为GoU1.d电子公司一个分部（MotionContro1.Division）,生产M600系列的沟通何服电动机和A600系列的伺服驱动器。后合并到AEG,复原了Gettys名称，推出A700全数字化的沟通何服系统.美国A-BA1.1.EN-BRAD1.EY）公司驱动分部生产1326型铁氧体永磁沟通何眼电动机和1391型沟通PWM伺服限制器。电动机包括3个机座号共30个规格。I.D.（Industria1.Drives）是美国著名的科尔摩根（KoIImorgen）的工业驱动分部，曾生产BR-210、BR-310,BR-510三个系列共41个规格的无刷何服

29、电动机和BDS3型伺服驱动器。自1989年起推出了全新系列设计的搀超盗根（GO1.d1.ine）永磁沟通何服电动机，包括B（小惯量:）、M（中惯量）和EB（防爆型）三大类,有10、20、40、60.80五种机座号,每大类有42个规格，全部乐纳被铁娜永磁材料，力矩范围为084111.2N,m,功率范围为0.5415.7kW,配套的驱动器有BDS4（模拟型）、BDS5（数字型、含位置限制）和SmartDrive（数字型）三个系列，最大连续电流55A,GO1.d1.ine系列代表了当代水械沟通伺服技术最新水平.爱尔兰的In1.and原为Ko1.1.morgen在国外的一个分部，现合并到AEG,以生产

30、直流伺服电动机、直流力矩电动机和伺服放大器而著名,生产BHTIIO0、22OO、3300三种机座号共17种规格的SmCO永磁沟通何服电动机和八种限制器。法国A1.sthom集团在巴黎的Parvex工厂生产1.C系列（长型）和GC系列（短型）沟通伺服电动机共14个规格，并生产AXODYN系列驱动器.原苏联为数控机床和机器人伺服限制开发了两个系列的沟通何服电动机,其中ABy系列采纳铁氮体永睡.有两个机座号，每个机座号有3种铁心长度.各有两种绕组数据，共12个规格，连续力矩范图为7-35N,m.,2ABy系列采纳稀士水磁，6个机座号17个规格，力矩范用为0.1170N.m配套的是3。6型限制器.近年

31、日本松下公司推出的全数字型MINAS系列沟通伺服系统，其中永W沟通何服电动机有MSMA系列小惯附型，功率从0.035kW.共18种规格：中惯址型有MDMA、MGMA.MFMA三个系列，功率从0.754.5kW,共23种规格NHMA系列大惯故电动机的功率范围从0.55kW,有7种规格。M国三星公司近年开发的全数字永破沟通伺服电动机及聊动系统.其中FAGA沟通何服电动机系列有CSM、CSMG.CSMZ,CSMDCSMF,CSMS、CSMH.CSMN,CSMX多种型号.功率从15W5kW,现在常采纳捋时涌魂(Powerrate)这一综合指标作为伺服电动机的品质因数,衡量对比各种交直流伺服电动机和步进电动机的动态响应性能。功率变更率表示电动机连续(额定)力矩和转子转动惯量之比。按功率变更率进行计算分析可知，永盛沟通伺服电动机技术指标以美国I.D的Go1.d1.ine系列为最佳，优国Siemens的IFT5系列次之。