电机伺服电机(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。伺服电机可以控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。
伺服电机是一种 闭环 伺服机构,它使用位置反馈来控制其运动和最终位置。控制输入是代表输出轴指令位置的信号(模拟或数字)。
电机与某种类型的位置编码器配对以提供位置和速度反馈。在最简单的情况下,仅测量位置。将测量的输出位置与命令位置(控制器的外部输入)进行比较。如果输出位置与要求的位置不同,则会生成一个错误信号,然后根据需要将电动机沿任一方向旋转,以将输出轴移至适当的位置。随着位置的接近,误差信号减小到零,并且电动机停止。
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。分为直流和交流伺服电动机两大类,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。
伺服电机是电机的一种,在自动化设备的组成中占有重要地位,它的作用是:伺服电机可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象,可控制速度,位置精度非常准确。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。
相较于普通电机,伺服电机响应速度快,在点到点快速定位的运动场合,伺服控制技术可以提供大力矩输出,使得系统具有极高动态响应,大大超越了电机。
由于变频器和伺服在性能和功能上的不同,所以应用也不大相同:
1、在速度控制和力矩控制的场合要求不是很高的一般用变频器,也有在上位加位置反馈信号构成闭环用变频进行位置控 制的,精度和响应都不高。
2、在有严格位置控制要求的场合中只能用伺服来实现,还有就是伺服的响应速度远远大于变频,有些对度的精度和响应 要求高的场合也用伺服控制,能用变频控制的运动的场合几乎都能用伺服取代,关键是两点:一是价格伺服远远高于 变频,二是功率的原因:变频zui大的能做到几百KW,甚至更高,而伺服zui大就几十KW。
伺服电机通常用作步进电机的高性能替代产品。步进电机具有内置的输出步长,因此具有控制位置的固有能力。这通常使它们无需任何反馈编码器即可用作开环位置控制,因为它们的驱动信号指定了旋转运动的步数,但是为此,控制器需要“知道”步进电机的位置开机。因此,在xxx次加电时,控制器将必须启动步进电机并将其旋转到已知位置,例如直到启动终端限位开关为止。在打开喷墨打印机时可以观察到这一点; 控制器会将喷墨打印机的托架向左和向右移动,以建立最终位置。无论通电时的初始位置如何,伺服电动机都将立即旋转至控制器指示的任何角度。
步进电机缺乏反馈会限制其性能,因为步进电机只能驱动负载能力范围内的负载,否则负载下的失步可能会导致定位错误,并且系统可能必须重新启动或重新校准。伺服电机的编码器和控制器是额外的成本,但相对于基本电机的容量,它们可以优化整个系统的性能(在速度、功率和精度方面均达到最佳)。在大型系统中,强劲的电机占系统成本的比例越来越大,伺服电机具有优势。
伺服电机应用电路介绍
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。
伺服可作为交流或直流电动机。初期一样伺服直流电动机,因为只有类型的操纵大电流是通过序列连年。随着晶体管成为能够操纵大电流和开关的大电流在更高的频率,交流伺服电机成为更常常地利用。初期伺服是专为伺服放大器。今天,一类是电机设计的应用,筹措,可能利用伺服放大器或变频操纵器,这意味着电动机可用于伺服系统在一个应用程序,并利用变频驱动器在另一应用程度。有些公司还要求任何闭环系统,不利用步进电机问服系统,因此它是可能的一个简单的交流感应电机是连接到一个速度操纵器,被称为伺服电机。
伺服电机可以控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。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。分为直流和交流伺服电动机两大类,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。
自从德国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永磁交流伺服电动机和驱动系统,这标志着此种新一代交流伺服技术已进入实用化阶段。到20世纪80年代中后期,各公司都已有完整的系列产品。整个伺服装置市场都转向了交流系统。早期的模拟系统在诸如零漂、抗干扰、可靠性、精度和柔性等方面存在不足,尚不能完全满足运动控制的要求,近年来随着微处理器、新型数字信号处理器(DSP)的应用,出现了数字控制系统,控制部分可完全由软件进行,分别称为直流伺服系统、三相永磁交流伺服系统。
直流伺服电动机
1、结构:与直流电动机基本相同。为减小转动惯量做得细长一些。
2、工作原理:与直流电动机相同。
3、供电方式:他励。励磁绕组和电枢由两个独立电源供电:
U1为励磁电压,U2为电枢电压。
直流伺服电机的机械特性公式与他励直流电机一样:
由机械特性可知:
(1)U1(即磁通¢)不变时,一定的负载下,U2↑,n↑。
(2)U2=0时,电机立即停转。
反转:电枢电压的极性改变,电机反转。
交流伺服电机定子
该电机的定子为层压结构,其两个绕组在空间中分别以90电气角缠绕。被称为主绕组的绕组电压源(也称为基准或固定相)被激发。另一个绕组称为控制带绕组(或控制相),由可变控制电压供电,该电压与主绕组两端的电压相差90度。控制电压由伺服放大器提供。
交流伺服电机转子
转子通常为鼠笼式,直径小,长度长,以保持尽可能低的机械惯性。为了获得尽可能线性的转矩-转速特性,它具有高电阻。对于极低功率应用,使用拖杯转子(图2)进一步降低了转子的惯性。这种类型的转子是鼠笼式转子的一种特殊形式,其中导体为拖曳杯形,由非磁性导电材料(如铜、铝或合金)制成。开槽转子叠片由一组固定的环形叠片代替,这为磁通量提供了一个低磁阻路径。
寿命长、重量轻、扭矩重量比高、可靠性高、无无线电噪声、驱动电路简单。交流伺服电机广泛应用于仪器伺服、计算机、跟踪和制导系统、自平衡记录仪、远程定位设备、过程控制器、机器人、机床专用机床以及许多其他需要精确角运动的应用中。
伺服电机的最好类型之一,是用数字比例遥控系统。实际上这些装置是由三部份组成:
采用集成电路、伺服电机、减速齿轮盒电位器机构。图24是这种系统的方块图。电路的驱动输入,是用周期为15ms而脉冲宽度为1~2ms的脉冲信号驱动。输入脉冲的宽度,控制伺服机械输出的位置。例如:1ms脉宽,位置在最左边;1.5ms在中是位置,2ms在最右边的位置