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伺服电机工作原理
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什么是伺服电机
 
伺服电动机也可以叫做执行电动机,是自动控制系统中的执行元件,其工作是把收到的电信号转换成电动机轴上的角速度输出或者角位移输出。
 
自从伺服电机推出以来,伺服电机已经在许多行业中证明了其相当有用。多年来,伺服电机一直参与完成大的任务。它们的尺寸可能很小,但是它们非常强大而且节能。有了这些特点,伺服电机广泛用于遥控玩具车,飞机,机器人和各种工业设备。近年来伺服电机也被用于工业应用,在线制造工厂,制药服务,机器人和食品服务行业。

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伺服电机有几种分类
 
有直流伺服电机和交流伺服电机两种分类,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。
 
直流伺服电机是小型应用的理想选择,但不能处理大电流浪涌。然而,交流伺服电机能够应对更高的电流浪涌,并在工业机械中得到广泛的应用。谈到价格,直流电机比交流伺服更便宜,所以用得更多。此外,直流电机专门设计用于连续旋转,这使其成为机器人运动的理想选择。
 
伺服电机的工作原理
 
伺服电机的工作原理比较简单,但是其工作比较高效。伺服电路内置在电机单元内部,它使用一根通常配有齿轮的柔性轴。电信号控制电机,也决定轴的移动量。伺服电机内部设置简单:小型直流电机,控制电路和电位器。直流电机通过齿轮连接在控制轮上,当电机转动时,电位器的电阻发生变化,控制电路能够精确调节运动和方向。
 
当轴处于正确的(理想的)位置时,电机停止供电。如果轴没有停在目标的位置,电动机一直运转,直到进入正确的方向。目标的位置通过使用电脉冲的信号线传送。所以,电机的速度与实际和理想的位置成正比。当电机接近所需位置时,电机开始缓慢转动,但电机转到最远时,转速很快。换句话说,伺服电机只需要尽可能快地完成任务,这使得它们成为高效率的设备。
 
交流伺服电动机在没有控制电压时,气隙中只有励磁绕组产生的脉动磁场,转子上没有启动转矩而静止不动。当有控制电压且控制绕组电流和励磁绕组电流不同相时,则在气隙中产生一个旋转磁场并产生电磁转矩,使转子沿旋转磁场的方向旋转。但是对伺服电动机要求不仅是在控制电压作用下就能启动,且电压消失后电动机应能立即停转。如果伺服电动机控制电压消失后像一般单相异步电动机那样继续转动,则出现失控现象,我们把这种因失控而自行旋转的现象称为自转。

伺服电机工作原理,什么是伺服电机,伺服电机原理
 
传统直流伺服电动机的基本工作原理与普通直流电动机完全相同,依靠电枢电流与气隙磁通的作用产生电磁转矩,使伺服电动机转动。通常采用电枢控制方式,即在保持励磁电压不变的条件下,通过改变电枢电压来调节转速。电枢电压越小,则转速越低;电枢电压为零时,电动机停转。由于电枢电压为零时电枢电流也为零,电动机不产生电磁转矩,不会出现“自转”。
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电动机原理:电机转动原理图解
 
伺服电机步进电机的区别
 
1.伺服是高速低扭矩,步进是低速大扭矩
 
一般说来,伺服轻轻松松都能达到几千的额定转速。比如小功率伺服,也就是750W以内的伺服,日系伺服额定3000转,而欧系伺服甚至能到5000转,6000转。而步进,由于自身的特性,一般也就五六百转。但是它的扭矩却比同规格的伺服大很多,大到都可以省略减速机了。其实步进是很少加减速机的,就几百的转速,再加个减速机,那可真没什么用了。
 
2.伺服法兰是整的,步进法兰不是整的
 
伺服的法兰都是10的倍数,比如40,60,80,110,180等,而步进一般是42,57,86等,经常在工程现场听到42步进,57步进就是指法兰尺寸。步进和伺服的法兰不是一个系列,这也是区分伺服还是步进的一个重要因素。
 
3.伺服的加速时间可以忽略,步进不能忽略
 
伺服的加速时间只有几毫秒,完全可以忽略不计,而步进电机的加速时间,有几百毫秒,不要小看这点差距,虽然我们用直觉感受不出来,但是它却对机械设备的节拍有着至关重要的影响。
 
4.伺服过载能力强,步进几乎没有过载能力
 
伺服电机一般都有过载能力看比如180%,300%等,而步进几乎没有什么过载能力。
 
5.伺服价格高,步进便宜
 
这个就不说了,如果单单算重量,步进和废铜烂铁价格差不多了,而伺服,相对来说价格很高。步进主要用于速度不高,不频繁启停的场合,特别是安装空间狭小的地方,甚至,我们可以把步进当做气缸看待。而伺服,用的场合显然比步进更广泛,比如频繁启停,各种高速设备等。

以上文章来自:电子发烧友
 
伺服电机的控制方式有哪些
 
一般都有三种控制方式,即:速度控制方式,转矩控制方式和位置控制方式,其中速度控制和转矩控制都是用模拟量来控制的,而位置控制是通过发脉冲来控制的。本文详细介绍伺服电机的控制方式。
 
一般主要有三种控制方式,即速度控制方式,转矩控制方式和位置控制方式,下面分别对每种控制方式进行详细说明。
 
1、速度控制方式
 
通过模拟量的输入或脉冲的频率都可以进行转动速度的控制,在有上位机控制装置的外环PID控制时,速度模式也可以进行定位,但必须把电机的位置 信号或直接负载的位置信号给上位机反馈以做运算用。速度模式也支持直接负载外环检测位置信号,此时的电机轴端的编码器只检测电机转速,位置信号就由直接的 最终负载端的检测装置来提供了,这样的优点在于可以减少中间传动过程中的误差,增加了整个系统的定位精度。
 
2、转矩控制方式
 
方式是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩的大小,具体表现为:例如10V对应5Nm的话,当外部模拟 量设定为5V时,电机轴输出为2.5Nm,如果电机轴负载低于2.5Nm时电机正转,外部负载等于2.5Nm时电机不转,大于2.5Nm时电机反转。可以 通过即时的改变模拟量的设定来改变设定力矩的大小,也可以通过通讯方式改变对应的地址的数值来实现。应用主要在对材质的受力有严格要求的缠绕和放卷的装置 中,例如绕线装置或拉光纤设备。
 
3、位置控制方式
 
位置控制方式一般是通过外部输入的脉冲的频率来确定转动速度的 大小,通过脉冲的个数来确定转动的角度,也有些伺服驱动器可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。由于位置模式可以对速度和位置都有很严格的控制,所以一般应用于定位装置,应用领域如数控机床、印刷机械等等。
 
直流和交流伺服电机
 
1、直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
 
有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(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感的普通工业和民用场合。
 
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。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,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,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。
 
2、交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。
 
3、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)。
 
交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别:
 
交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。
 
永磁交流伺服电机
 
永磁交流伺服电机同直流伺服电动机比较的主要优点有:
 
⑴无电刷和换向器,因此工作可靠,对维护和保养要求低。
 
⑵定子绕组散热比较方便。
 
⑶惯量小,易于提高系统的快速性。
 
⑷适应于高速大力矩工作状态。
 
⑸同功率下有较小的体积和重量。
 
来源:中国先进制造技术论坛

伺服电机和永磁同步电机的区别
 
一、主体不同
 
1、伺服电机:指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。
 
2、永磁同步电机:是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机。
 
二、原理不同
 
1、伺服电机:转子转速受输入信号控制,并能快速反应,在自动控制系统中,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可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。    
 
2、永磁同步电机:永磁体作为转子产生旋转磁场,三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应,感应三相对称电流。
 
三、特点不同
 
1、伺服电机:体积小、动作快反应快、过载能力大、调速范围宽,低速力矩大, 波动小,运行平稳。
 
2、永磁同步电机:同步,可当发电机用,电刷容易坏,电机结构复杂,造价高。
 
伺服电机与普通电机原理区别
 
一、定义不同
 
普通电机是我们平时间的比较多的电机,电动玩具,刮胡刀等里面都有。这种电机有转速过快,扭力过小的特点,一般只有两个引脚,用电池的正负极接上两个引脚就会转起来,然后电池得正负极再相反的接在两引脚上电机也会向反转。
 
伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲。
 
这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。
 
二、伺服电机维修试机需要专用设备,而普通电机不需要
 
由于伺服电机的结构是闭环反馈控制,这个反馈部件我们叫做编码器,用来测试电机速度,位置,力矩功能,但通常编码器都是一一对应,就是不同的电机系列对应不同的驱动器,甚至同一系列不同功率电机对应不同的驱动器,不可以互换使用。
 
通常在三菱,安川,松下日系品牌上这种情况尤为明显,厂家在设计时为了自身利益的考虑,通讯协议也不公开,这就直接导致了维修试机成本过高,普通电机维修一般的工控维修公司无法做到;而通常的普通电机只需要3相调压,直流调压,普通变频器就足够应付。
 
三、伺服电机故障类型远多于普通电机
 
普通电机由于结构简单,通常都是些机修,机加,焊补,绕线等处理,对于电子维修要求为0;而伺服电机除了这些以外,编码器故障也需要处理,信号衰减,通讯中断,速度不稳定,丢脉冲通常都和编码器电路板电子元件,IC片有关,必须具备电子维修技能才可以处理。

怎样判断伺服电机有没有坏掉
 
检查伺服电机好坏的方法如下:
 
1、 万用表测电流,三相不平衡率不大于10%;
 
2、摇表测绝缘,每相对地、相间均不小于0.5兆;
 
3、电桥测直流电阻,三相不平衡率不大于2%;即首先用万用表去量电压以及电阻(没摇表的情况下),首先在电机电源侧UVW三相中选取两相,测量一下两端电压是否为380v(高于380V没事)由于电网中有时电压不稳定导致的。依次测量UV ,VW ,UW三相电源。当电源侧测量完成之后测量负载端,测量uv ,vw ,uw这三相之间的电阻是否相同或者讲差别不大,如果发现其中有一对电阻偏离较大则有可能是电机烧毁了。最后测其中一相对地的电阻是否为0,这样就可以判断电机是否烧毁了。(电机内部采取△接法,内部连在一起故只要测量其中的一相即可)
 
常用检查方法:
 
1、检查电源线电压;
2、检查开关、线路 ;
3、检查电机是否转动灵活,去掉负载试验 ;
4、检查电机是否坏。
 
伺服电机(servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。

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