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伺服机电分类与工作原理及优缺点 “伺服” 一词源于希腊语“奴隶”的意思。“伺服机电”可 以理解为绝对服从控制信号指挥的机电：在控制信号发出之前， 转子静止不动；当控制信号发出时，转子即将转动；当控制信号 消失时，转子能即时停转。 伺服机电是自动控制装置中被用作执行元件的微特机电， 其功能是将电信号转换成转轴的角位移或者角速度。伺服电 动机 又称执行电动机，在自动控制系统中用作执行元件，把 所收到 的电信号转换成电动机轴上的角位移或者角速度输出。 伺服机电分为交流伺服和直流伺服两大类。 交流伺服机电的基本构造与交流感应电动机（异步机电）相 似。 在定子上有两个相空间位移90°电角度的励磁绕组Wf和 控制绕组WcoWf,接恒定交流电压，利用施加到Wc上的交流电 压或者相位的变化，达到控制机电运行的目的。 交流伺服机电具有运行稳定、可控性好、响应快速、灵敏度 高以及机械特性和调节特性的非线性度指标严格（要求分别小于 10%?15%和小于15%?25%）等特点。 直流伺服机电的优缺点 优点：速度控制精确，转矩速度特性很硬，控制原理简单, 使用方便，价格便宜。 缺点：电刷换向，速度限制，附加阻力，产生磨损微粒(无尘 易爆环境不宜)。 直流伺服机电基本构造与普通直流电动机相似。 机电转速n=E/Klj=(Ua-IaRa)/Klj,式中E为电枢反电动势, K为常数，j为每极磁通，Ua、la为电枢电压和电枢电流，Ra为 电枢电阻，改变Ua或者改变均可控制直流伺服电动机的转速, 但普通采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中, 励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通6恒定。 直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响 应。 交流伺服机电的优缺点 优点：速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制， 几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位 置控制（取决于编码器精度），额定运行区域内，可实现恒力矩， 惯量低，低噪音，无电刷磨损，免维护（合用于无尘、易爆环境）。 缺点：控制较复杂，驱动器参数需要现场调整PID参数确定, 需要更多的连线。 直流伺服机电分为有刷和无刷机电。 有刷机电 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，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对使用环境有 要求，通常用于对成本敏感的普通工业和民用场合。 无刷机电 体积小分量轻，出力大响应快，速度高惯量小，力矩稳定转 动平滑，控制复杂，智能化，电子换相方式灵便，可以方波或者 正 弦波换相，机电免维护，高效节能，电磁辐射小，温升低寿命 长，合用于各种环境。 交流伺服机电也是无刷机电，分为同步和异步机电 目前运动控制中普通都用同步机电，其功率范围大，功率可 以做到很大，大惯量，最高转速低，转速随功率增大而匀速下降， 合用于低速平稳运行场合。伺服机电内部的转子是永磁铁，驱动 器控制U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动， 同时机电自带的编码器将反馈信号传给驱动器，对反馈值与目标 值进行比较，从而调整转子转动的角度，伺服机电的精度决定于 编码器的精度（线数）。 交流伺服机电和无刷直流伺服机电在性能上有什么区别? 交流伺服机电的性能要好一些，因为交流伺服是正弦波控制， 转矩脉动小；而无刷直流伺服是梯形波控制。但无刷直流伺服实现 控制比较简单，便宜。 永磁交流伺服驱动技术的迅猛发展使直流伺服系统面临被淘 汰的危机[/p][p=30, 2, left]20世纪80年代以来，随着集成电 路、电力电子技术和交流可变速驱动技术的发展，永磁交流伺服 驱动技术有了突出的发展，各国著名电气厂商相继不断推出新的 交流伺服机电和伺服驱动器系列产品。交流伺服系统已成为当代 高性能伺服系统的主要发展方向，使直流伺服系统面临被淘汰的 危机。 永磁交流伺服电动机同直流伺服电动机比较，主要优点有： ⑴无电刷和换向器，运行更可靠，免维护。 ⑵定子绕组发热大大减少。 ⑶惯量小，系统快速响应性好。 ⑷高速大力矩工作状态好。 ⑸相同功率下体积小分量轻。 交流伺服电动机定子的构造基本上与电容分相式单相异步电 动机相似。其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁 绕组Rf,它始终接在交流电压Uf上；另一个是控制绕组L,联接 控制信号电压Uco所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。 交流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围、线性的机械特性，无“自转”现象和快 速响应的性能，它与普通电动机相比，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：一种是采用高电阻率 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，转子做得细长;另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子, 杯壁仅0. 2-0. 3mm