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伺服电机的工作原理是这样子的

发布者: admin  时间:2021/4/20 10:21:32

  伺服电机是什么?


  伺服电动机(servomotor)是伺服系统中控制机械部件运转的发动机,它是辅助电动机的间接调速装置。


  伺服电机。


  伺服电机。


  该伺服电机能实现速度、位置的精确控制,能把电压信号转换成转矩和转速,从而驱动控制对象。在自动控制系统中,伺服电机转子转速由输入信号控制,并能迅速响应,用作执行元件,并且具有机电时间常数小,线性度高,起始电压低等特点,可将接收到的电磁波信号转换为电机轴上的角位移或角速度输出。分直流电机和交流伺服电机两大类,其主要特点是在信号电压为零时无自转现象,转速随转矩的增大而减小。


  随动电机工作原理。


  主要依靠脉冲进行伺服定位,基本上可以这样理解,伺服电机收到一个脉冲,将会旋转一个脉冲对应的角,从而实现位移。



  由于伺服电机本身具有发射脉冲的功能,因此伺服电机每转一角,就发出相应数目的脉冲,这样,与伺服电机接收的脉冲或形成呼应,或称为闭环,这样,系统就知道发送多少脉冲给伺服电机,同时又接收多少脉冲回电,因此,能非常精确地控制电机的转动,从而达到精确定位,可达0.001mm。


  交流伺服式电机。


  交流伺服电动机定子的结构基本类似于电容式单相异步电动机.定子上有两个位置互差90°的绕组,一个是励磁绕组Rf,它总是接在交流电压Uf上;另一个是控制绕组L,连接控制信号电压Uc。因此,交流伺服电机也称为双伺服电机。虽然交流伺服电动机的转子一般都做成鼠笼型,但是为了使伺服电动机具有较宽的调速范围,线性的机械特性,不会出现“旋转”现象,性能也比较快,所以它应该具有电阻大、转动惯量小的特点。现在使用较多的转子结构有两种形式:


  二是用高电阻率导电材料制成的鼠笼转子,其杯壁薄,仅0.2~0.3mm,为减小磁阻,可作细长转子;三是用铝合金制成的空心杯形转子,杯壁薄,仅0.2~0.3mm,为减小磁阻,可作细转子,为空心杯形转子中的固定内定子。


  在无控制电压下,交流伺服电机定子中只有励磁绕组产生的脉动磁场,而转子是静止的。在有控制电压时,定子内部会产生旋转磁场,转子沿着旋转磁场的方向转动,在负载恒定的情况下,电机的转速会随着控制电压的变化而变化,当控制电压的相位发生变化时,伺服电机就会倒转。尽管交流伺服电机的工作原理与分相式单相异步电机相似,但前者转子电阻较后者大,因此伺服电机与单相异步电机相比,具有三个显著特点:


  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,与一般异步电机的转矩特性曲线2相比,具有明显的差别。该方法可以使临界转差率S0>1,既使转矩特性(机械特性)更接近线性,又使启动转矩更大。所以当定子一有控制电压时,转子立即转动,即启动快,灵敏度高。


  二是运转范围大;


  无自转现象伺服电动机正常运行时,只要失去控制电压,电动机即立即停止运行。伺服电机在失去控制电压后,仍处于单相运行状态,由于转子电阻较大,在定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用产生的两个转矩特性(T1-S1,T2-S2曲线)和综合转矩特性(T-S曲线)的交流伺服电机输出功率一般在0.1W至100W之间。供电频率为50Hz时,电压可达36V,110V,220V,380V;供电频率为400Hz时,电压可达20V,26V,36V,115V等。电机运行平稳,交流伺服电机噪声小。但是,控制特性是非线性的,而且由于转子电阻大,损耗大,效率低,所以与同容量直流伺服电动机相比,体积大,重量重,仅适用于0.5~100W的小功率控制系统。


  直流伺服式电机。


  交流伺服电动机分为有刷电动机和无刷电动机。具有刷电机成本低、结构简单、启动转矩大、调速范围宽、控制容易、维护维护方便(换碳刷)、电磁干扰小、环保要求高。因而可应用于价格敏感的一般工业及民用场合。无刷电机体积小、重量轻、出力大、响应快、速度高、惯性小、转动平稳、力矩稳定。它的控制复杂,易于智能实现,电子换向方式灵活,可进行方波换向或正弦波换向。电动机免维护,工作效率高,工作温度低,电磁辐射小,寿命长,适用于各种环境。


  交流伺服电动机,分为同步电动机和异步电动机,目前运动控制中普遍采用同步电动机,其功率范围大,能达到很大的功率输出。大惯性矩,最大转动速度小,随功率的增加而迅速减小。因此,适合于作低转速的应用。


  三是伺服电动机内部的转子是永磁铁,由驱动器控制U/V/W三相电构成电磁场,转子在磁场的作用下转动,同时由电动机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据回馈值与目标值比较,调整转子转动角度。伺服电机的精度取决于编码器(线数)的精度。


  随着工业自动化进程的不断推进,对自动化软硬件设备的需求也在不断增加,其中国内工业机器人市场一直保持稳定增长,我国已成为全球需求最大的市场。同时,直接带动了伺服系统市场需求。日弘忠信供应的松下伺服电机系统将伺服控制技术完美地融入到集成式电机中,具有高精度、高稳定性和高速性。当前工业机器人普遍采用高启动转矩、大转矩和低惯量的交、直流伺服电机。其它如交流伺服电机、步进电机等也可根据不同的应用要求应用于工业机器人。




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