伺服電機是自動控制裝置中被用(yòng)作執行元件的(de)微特電機，其功能是将電信号轉換成轉軸的(de)角位移或角速度。伺服電動機又稱執行電動機，在自動控制系統中用(yòng)作執行元件，把所收到的(de)電信号轉換成電動機軸上的(de)角位移或角速度輸出。“伺服電機”可(kě)以理(lǐ)解爲絕對(duì)服從控制信号指揮的(de)電機：在控制信号發出之前，轉子靜止不動;當控制信号發出時(shí)，轉子立即轉動;當控制信号消失時(shí)，轉子能即時(shí)停轉。

伺服電機的(de)分(fēn)類

伺服電機分(fēn)爲交流伺服和(hé)直流伺服兩大(dà)類。

交流伺服電機的(de)基本構造與交流感應電動機(異步電機)相似。在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的(de)勵磁繞組Wf和(hé)控制繞組WcoWf，接恒定交流電壓，利用(yòng)施加到Wc上的(de)交流電壓或相位的(de)變化(huà)，達到控制電機運行的(de)目的(de)。交流伺服電機具有運行穩定、可(kě)控性好、響應快(kuài)速、靈敏度高(gāo)以及機械特性和(hé)調節特性的(de)非線性度指标嚴格(要求分(fēn)别小于10%～15%和(hé)小于15%～25%)等特點。

直流伺服電機的(de)優缺點

優點：速度控制精确，轉矩速度特性很硬，控制原理(lǐ)簡單，使用(yòng)方便，價格便宜。

缺點：電刷換向，速度限制，附加阻力，産生磨損微粒(無塵易爆環境不宜)。

直流伺服電機基本構造與一般直流電動機相似。電機轉速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E爲電樞反電動勢，K爲常數，j爲每極磁通(tōng)，Ua、Ia爲電樞電壓和(hé)電樞電流，Ra爲電樞電阻，改變Ua或改變φ，均可(kě)控制直流伺服電動機的(de)轉速，但一般采用(yòng)控制電樞電壓的(de)方法，在永磁式直流伺服電動機中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通(tōng)φ恒定。直流伺服電動機具有良好的(de)線性調節特性及快(kuài)速的(de)時(shí)間響應。

交流伺服電機的(de)優缺點

優點：速度控制特性良好，在整個(gè)速度區(qū)内可(kě)實現平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的(de)高(gāo)效率，發熱(rè)少，高(gāo)速控制，高(gāo)精确度位置控制(取決于編碼器精度)，額定運行區(qū)域内，可(kě)實現恒力矩，慣量低，低噪音(yīn)，無電刷磨損，免維護(适用(yòng)于無塵、易爆環境)。

缺點：控制較複雜(zá)，驅動器參數需要現場(chǎng)調整PID參數确定，需要更多(duō)的(de)連線。

直流伺服電機分(fēn)爲有刷和(hé)無刷電機。

有刷電機成本低，結構簡單，啓動轉矩大(dà)，調速範圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便(換碳刷)，産生電磁幹擾，對(duì)使用(yòng)環境有要求，通(tōng)常用(yòng)于對(duì)成本敏感的(de)普通(tōng)工業和(hé)民用(yòng)場(chǎng)合。

無刷電機體積小重量輕，出力大(dà)響應快(kuài)，速度高(gāo)慣量小，力矩穩定轉動平滑，控制複雜(zá)，智能化(huà)，電子換相方式靈活，可(kě)以方波或正弦波換相，電機免維護，高(gāo)效節能，電磁輻射小，溫升低壽命長(cháng)，适用(yòng)于各種環境。

交流伺服電機也(yě)是無刷電機，分(fēn)爲同步和(hé)異步電機，目前運動控制中一般都用(yòng)同步電機，其功率範圍大(dà)，功率可(kě)以做(zuò)到很大(dà)，大(dà)慣量，最高(gāo)轉速低，轉速随功率增大(dà)而勻速下(xià)降，适用(yòng)于低速平穩運行場(chǎng)合

伺服電機内部的(de)轉子是永磁鐵，驅動器控制U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉子在此磁場(chǎng)的(de)作用(yòng)下(xià)轉動，同時(shí)電機自帶的(de)編碼器将反饋信号傳給驅動器，對(duì)反饋值與目标值進行比較，從而調整轉子轉動的(de)角度，伺服電機的(de)精度決定于編碼器的(de)精度(線數)。

Q交流伺服電機和(hé)無刷直流伺服電機在性能上有什(shén)麽區(qū)别?A

交流伺服電機的(de)性能要好一些，因爲交流伺服是正弦波控制，轉矩脈動小;而無刷直流伺服是梯形波控制。但無刷直流伺服實現控制比較簡單，便宜。

永磁交流伺服驅動技術的(de)迅猛發展使直流伺服系統面臨被淘汰的(de)危機[/p][p=30，2，left]20世紀80年代以來(lái)，随著(zhe)集成電路、電力電子技術和(hé)交流可(kě)變速驅動技術的(de)發展，永磁交流伺服驅動技術有了(le)突出的(de)發展，各國著名電氣廠商相繼不斷推出新的(de)交流伺服電機和(hé)伺服驅動器系列産品。交流伺服系統已成爲當代高(gāo)性能伺服系統的(de)主要發展方向，使直流伺服系統面臨被淘汰的(de)危機。

永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優點有：

⑴無電刷和(hé)換向器，運行更可(kě)靠，免維護。

⑵定子繞組發熱(rè)大(dà)大(dà)減少。

⑶慣量小，系統快(kuài)速響應性好。

⑷高(gāo)速大(dà)力矩工作狀态好。

⑸相同功率下(xià)體積小重量輕。

伺服電機原理(lǐ)

交流伺服電動機定子的(de)構造基本上與電容分(fēn)相式單相異步電動機相似。其定子上裝有兩個(gè)位置互差90°的(de)繞組，一個(gè)是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上;另一個(gè)是控制繞組L，聯接控制信号電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個(gè)伺服電動機。

交流伺服電動機的(de)轉子通(tōng)常做(zuò)成鼠籠式，但爲了(le)使伺服電動機具有較寬的(de)調速範圍、線性的(de)機械特性，無“自轉”現象和(hé)快(kuài)速響應的(de)性能，它與普通(tōng)電動機相比，應具有轉子電阻大(dà)和(hé)轉動慣量小這(zhè)兩個(gè)特點。目前應用(yòng)較多(duō)的(de)轉子結構有兩種形式：一種是采用(yòng)高(gāo)電阻率的(de)導電材料做(zuò)成的(de)高(gāo)電阻率導條的(de)鼠籠轉子，爲了(le)減小轉子的(de)轉動慣量，轉子做(zuò)得(de)細長(cháng);另一種是采用(yòng)鋁合金制成的(de)空心杯形轉子，杯壁僅0.2-0.3mm，空心杯形轉子的(de)轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩，因此被廣泛采用(yòng)。

交流伺服電動機在沒有控制電壓時(shí)，定子内隻有勵磁繞組産生的(de)脈動磁場(chǎng)，轉子靜止不動。當有控制電壓時(shí)，定子内便産生一個(gè)旋轉磁場(chǎng)，轉子沿旋轉磁場(chǎng)的(de)方向旋轉，在負載恒定的(de)情況下(xià)，電動機的(de)轉速随控制電壓的(de)大(dà)小而變化(huà)，當控制電壓的(de)相位相反時(shí)，伺服電動機将反轉。

交流伺服電動機的(de)工作原理(lǐ)與電容運轉式單相異步電動機雖然相似，但前者的(de)轉子電阻比後者大(dà)得(de)多(duō)，所以伺服電動機與電容運轉式異步電動機相比，有兩個(gè)顯著特點：

1. 起動轉矩大(dà)：由于轉子電阻大(dà)，使轉矩特性(機械特性)更接近于線性，而且具有較大(dà)的(de)起動轉矩。因此，當定子一有控制電壓，轉子立即轉動，即具有起動快(kuài)、靈敏度高(gāo)的(de)特點。

2. 運行範圍寬：運行平穩、噪音(yīn)小。[/p][p=30，2，left]3、無自轉現象：運轉中的(de)伺服電動機，隻要失去控制電壓，電機立即停止運轉。

精密傳動微特電機

“精密傳動微特電機”能夠在系統中快(kuài)速而正确地執行頻(pín)繁變化(huà)的(de)指令，帶動伺服機構完成指令所期望的(de)工作，大(dà)多(duō)能夠滿足以下(xià)要求：

1. 能頻(pín)繁啓動、停止、制動、反轉及低速運行，且機械強度高(gāo)、耐熱(rè)等級高(gāo)、絕緣等級高(gāo)。

2. 快(kuài)速相應能力好，轉矩較大(dà)，轉動慣量小，時(shí)間常數小。

3. 帶有驅動器和(hé)控制器(如伺服電機、步進電機)，控制性能良好。

4. 高(gāo)可(kě)靠性，高(gāo)精度。

精密傳動微特電機的(de)類别及其結構和(hé)性能對(duì)比如下(xià)：

交流伺服電機

(1)籠型兩相交流伺服電機(細長(cháng)籠型轉子、機械特性近似線性、體積和(hé)勵磁電流小、小功率伺服、低速運轉不夠平滑)。

(2)非磁性杯型轉子兩相交流伺服電機(空心杯轉子、機械特性近似線性、體積和(hé)勵磁電流較大(dà)、小功率伺服、低速運轉平滑)。

(3)鐵磁杯型轉子兩相交流伺服電機(鐵磁材料杯型轉子、機械特性近似線性、轉子轉動慣量大(dà)、齒槽效應小、運行平穩)。

(4)同步型永磁交流伺服電機(由永磁同步電機、測速機及位置檢測元件同軸一體機組，定子爲3相或2相，磁性材料轉子，必須配驅動器;調速範圍寬、機械特性由恒轉矩區(qū)和(hé)恒功率區(qū)組成，可(kě)連續堵轉，快(kuài)速相應性能好，輸出功率大(dà)，轉矩波動小;有方波驅動和(hé)正弦波驅動兩種方式，控制性能好，爲機電一體化(huà)産品)。

(5)異步型三相交流伺服電機(轉子與籠型異步電機相似，必須配驅動器，采用(yòng)矢量控制，擴大(dà)了(le)恒功率調速範圍，多(duō)用(yòng)于機床主軸調速系統)。

直流伺服電機

(1)印制繞組直流伺服電機(盤形轉子、盤形定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉子轉動慣量小，無齒槽效應，無飽和(hé)效應，輸出轉矩大(dà))。

(2)線繞盤式直流伺服電機(盤形轉子、定子軸向粘接柱狀磁鋼，轉子轉動慣量小，控制性能優于其他(tā)直流伺服電機，效率高(gāo)，輸出轉矩大(dà))。

(3)杯型電樞永磁直流電機(空心杯轉子，轉子轉動慣量小，适用(yòng)于增量運動伺服系統)。

(4)無刷直流伺服電機(定子爲多(duō)相繞組，轉子爲永磁式，帶轉子位置傳感器，無火花幹擾，壽命長(cháng)，噪聲低)。

力矩電機

(1)直流力矩電機(扁平結構，極數槽數換向片數串聯導體數多(duō);輸出轉矩大(dà)，低速或堵轉下(xià)可(kě)連續工作，機械和(hé)調節特性好，機電時(shí)間常數小)。

(2)無刷直流力矩電機(與無刷直流伺服電機結構相似，但爲扁平狀，極數槽數串聯導體數多(duō);輸出轉矩大(dà)，機械和(hé)調節特性好，壽命長(cháng)，無火花，噪聲低)。

(3)籠型交流力矩電機(籠型轉子，扁平結構，極數槽數多(duō)，啓動轉矩大(dà)，機電時(shí)間常數小，可(kě)長(cháng)期堵轉運行，機械特性較軟)。

(4)實心轉子交流力矩電機(鐵磁材料實心轉子，扁平結構，極數槽數多(duō)，可(kě)長(cháng)期堵轉，運行平滑，機械特性較軟)。

步進電機

(1)反應式步進電機(定轉子均由矽鋼片疊成，轉子鐵心上無繞組，定子上有控制繞組;步距角小，啓動與運行頻(pín)率較高(gāo)，步距角精度較低，無自鎖力矩)。

(2)永磁步進電機(永磁式轉子，徑向磁化(huà)極性;步距角大(dà)，啓動與運行頻(pín)率低，有保持轉矩，消耗功率比反應式小，但須供正、負脈沖電流)。

(3)混合式步進電機(永磁式轉子，軸向磁化(huà)極性;步距角精度高(gāo)，有保持轉矩，輸入電流小，兼有反應式和(hé)永磁式兩者的(de)優點)。

此外，還(hái)有開關磁阻電機和(hé)直線電機。

開關磁阻電機：定轉子均由矽鋼片疊成，都爲凸極式，與極數相接近的(de)大(dà)步距反應式步進電機結構相似，帶有轉子位置傳感器，轉矩方向與電流方向無關，調速範圍小，噪聲大(dà)，機械特性由恒轉矩區(qū)、恒功率區(qū)、串勵特性區(qū)三部分(fēn)組成。

直線電機：結構簡單，導軌等可(kě)作爲二次導體，适用(yòng)于直線往複運動;高(gāo)速伺服性能好，功率因數和(hé)效率高(gāo)，恒速運行性能優。