伺服电机精讲
伺服电机知识
伺服电机知识一、伺服电机的原理伺服电机的原理是应用反馈控制的技术来实现对电机的精确控制。
它通过对电机的位置、速度、加速度等参数进行实时监测，并将监测到的数据反馈给控制系统，从而实现对电机的精确控制。
根据反馈控制的原理，伺服电机可以分为位置伺服电机、速度伺服电机和力矩伺服电机等几种类型。
位置伺服电机是利用编码器等装置来实时监测电机的位置，并根据监测到的位置数据来控制电机的运动。
速度伺服电机是利用速度传感器等装置来监测电机的速度，并根据监测到的速度数据来控制电机的转速。
力矩伺服电机是利用力矩传感器等装置来监测电机的扭矩，并根据监测到的扭矩数据来控制电机的扭矩输出。
可以说，伺服电机的原理就是通过反馈控制技术来实现对电机的精确控制，以满足各种不同的运动要求。
二、伺服电机的结构伺服电机的结构主要包括电机本体、编码器、控制器等几个部分。
1. 电机本体：伺服电机的电机本体通常由定子和转子两部分组成。
定子是电机的静止部分，通常由铁芯、线圈等材料组成。
转子是电机的运动部分，通常由永磁体、转子铁芯等材料组成。
电机本体的结构设计直接影响着电机的性能和特性。
2. 编码器：编码器是伺服电机中的一个重要设备，它主要用于监测电机的位置、速度等参数，并将监测到的数据反馈给控制系统。
根据监测的参数不同，编码器可以分为位置编码器、速度编码器等几种类型。
3. 控制器：控制器是伺服电机中的核心部件，它主要用于接收编码器反馈的数据，并根据监测到的数据来控制电机的运动。
控制器的设计和性能直接影响着伺服电机的控制精度和稳定性。
以上是伺服电机的基本结构，不同的应用场合可能会有不同的结构设计。
例如，机器人中的伺服电机通常还会包括减速器、联轴器等辅助部件，以满足机器人对运动精度和可靠性的要求。
三、伺服电机的控制技术伺服电机的控制技术是实现对电机精确控制的关键。
目前，伺服电机的控制技术主要包括位置控制、速度控制和力矩控制等几种类型。
1. 位置控制：位置控制是伺服电机中最基本的控制技术，它主要用于控制电机的位置。
直流伺服电机专题讲解(最新版)
得
为特性曲线的斜率； 为由负载阻转矩决定的常数。
30
调节特性为一上翘的直线。
Ua0 –始动电压 K1 – 特性斜率
图1-4 直流伺服电动机的调节特性
31
（1） Ua0和k1的物理意义
•
始动电压Ua0： Ua0是电动机处在待动而又未动临界
状态时的控制电压。
由
，当n=0时，便可求得
由于
，即负载转矩越大，始动电压越高。而且控制
复励电动机：励磁线圈与转子电枢的联接有串有并，接在 同一电源上。
If
Ia
If
Uf M U U
MU
MU
M
他励
并励
串励
复励
7
二、 工作原理
电刷
+ U
N I
I
–
S
换向片
直流电源
电刷
换向器
线圈
8
电刷
+ U
F N
I
F I
–
S
换向片
换向器作用： 将外部直流电 转换成内部的 交流电，以保 持转矩方向不 变。
注意：换向片和电源固定联接，线圈无论怎样转 动，总是上半边的电流向里，下半边的电流向外。 电刷压在换向片上。
Te=TL+ T0
23
1.2.2 运行特性
•伺服电动机的运行特性包括机械特性和调节特性。
1. 机械特性
机械特性是指电枢电压等于常数时，转速与电磁
转矩之间的函数关系，即
。
把
代入式
得
,为理想空载转速；
,为直线的斜率。
24
1.2.2 运行特性
机械特性为一直线 n0 -- 理想空载转速 TK-- 堵转转矩 k Δn --直线斜率
伺服电机知识点总结
伺服电机知识点总结一、伺服电机的概念和原理1. 伺服电机是一种能够通过电子控制系统精确控制旋转角度、转速和位置的电动机，其主要用于需要精确控制位置和速度的机械设备中。
伺服电机的工作原理是通过控制电流和电压来实现精确的位置和速度调节。
2. 伺服电机的原理是基于反馈系统，通过测量输出轴的位置或速度，并将测量结果与期望值进行比较，然后通过调整控制信号来实现调节。
3. 伺服电机通常由电机、编码器、控制器和驱动器四个部分组成。
其中电机负责提供动力，编码器用于测量位置或速度，控制器用于接收输入信号并计算控制信号，而驱动器则用于将控制信号转换为适合电机的电流和电压。
二、伺服电机的特点和优势1. 精确控制：伺服电机能够实现非常精确的位置、速度和转角控制，通常能够达到几千分之一甚至更高的精度。
2. 高性能：伺服电机具有良好的动态特性和响应速度，能够快速进行调节并适应各种工况。
3. 可靠性：伺服电机能够稳定工作在各种环境条件下，并具有较高的寿命和可靠性。
4. 灵活性：伺服电机能够根据不同的应用需求进行灵活的调节和控制，适用范围广。
5. 低能耗：伺服电机能够在工作时根据需要调整功率和能耗，相比传统的电动机能够实现更高的节能效果。
6. 自动化控制：伺服电机可以与各种自动化控制系统集成，实现全面的智能化控制。
三、伺服电机的应用领域1. 机床设备：伺服电机广泛应用于数控机床、加工中心、车床等机械设备中，能够实现精确的切削和加工控制。
2. 包装设备：伺服电机能够在包装机、封口机、打码机等设备中实现高速精准的控制，提高了包装生产效率和质量。
3. 机械手臂：伺服电机可以用于各种类型的机械手臂中，能够实现精确的位置和角度控制，满足不同工厂的自动化生产需求。
4. 自动化设备：伺服电机可以应用于各种自动化生产线，包括装配线、输送线、搬运机等设备中，实现高效的自动化生产。
5. 医疗设备：伺服电机广泛应用于医疗器械、手术机器人等设备中，能够实现高精度的操作和控制。
伺服电机 基础知识
伺服电机基础知识
伺服电机是一种能够将输入的脉冲信号转换为相应的角位移或线性位移的装置，具有快速响应、精确控制和稳定性高等特点。
以下是伺服电机的基础知识：
1. 工作原理：伺服电机内部通常包括一个电机（如直流或交流电机）和一个编码器。
当输入一个脉冲信号时，电机会产生一定的角位移或线性位移，同时编码器会反馈电机的实际位置。
驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整电机转动的角度或距离，以达到精确控制的目的。
2. 分类：伺服电机主要分为直流伺服电机和交流伺服电机两大类。
此外，根据有无刷之分，直流伺服电机又可以分为有刷伺服电机和无刷伺服电机。
3. 特点：
精确控制：伺服电机能够精确地跟踪和定位目标值，实现高精度的位置和速度控制。
快速响应：伺服电机具有快速的动态响应，能够在短时间内达到设定速度并快速停止。
稳定性高：伺服电机具有较高的稳定性，能够连续工作而不会出现较大的误差。
噪声低：交流伺服电机通常采用无刷设计，运行时噪声较低。
维护方便：伺服电机的结构和维护都比较简单，便于使用和维护。
4. 应用领域：伺服电机广泛应用于各种需要精确控制和快速响应的场合，如数控机床、包装机械、纺织机械、机器人等领域。
5. 选型原则：在选择伺服电机时，需要考虑电机的规格、尺寸、转速、负载等参数，以及实际应用场景和工作环境等因素。
6. 日常维护：为了保持伺服电机的良好性能和使用寿命，需要定期进行清洁和维护，如检查电机表面是否有灰尘、油污等，检查电机的接线是否牢固等。
以上是关于伺服电机的基础知识，如需了解更多信息，建议咨询专业人士。
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书山有路勤为径；学海无涯苦作舟
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“伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。
“伺服电机”可以理解为
绝对服从控制信号指挥的电机：在控制信号发出之前，转子静止不动;当
控制信号发出时，转子立即转动;当控制信号消失时，转子能即时停转。
伺服电机是自动控制装置中被用作执行元件的微特电机，其功能是将电
信号转换成转轴的角位移或角速度。
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角速度输出。
伺服电机的分类
伺服电机分为交流伺服和直流伺服两大类。
交流伺服电机的基本构造与交流感应电动机(异步电机)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上的交流电压或相位的变化，达到控制电机运行的目的。
交流伺服电机具有运行稳定、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。
直流伺服电机的优缺点
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)。
直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。
电机转速n=E/K1j=(Ua-
专注下一代成长，为了孩子。
伺服电机知识点
伺服电机知识点伺服电机是一种常见的电动机类型，它具有精准的位置和速度控制能力。
在工业自动化和机器人领域广泛应用。
本文将介绍伺服电机的基本原理、组成结构以及工作过程，帮助读者了解伺服电机的知识点。
一、基本原理伺服电机基于反馈控制原理工作，通过测量电机输出的位置、速度或力矩等参数，并与期望值进行比较，控制电机输出以实现精确的位置和速度控制。
常见的反馈器件有编码器、光电开关和传感器等。
二、组成结构伺服电机由电机本体、减速器、编码器和控制器等组成。
1.电机本体：负责产生力矩和转动运动。
常见的电机类型有直流电机、步进电机和交流伺服电机等。
2.减速器：通常与电机本体相连接，用于降低输出速度并增加输出力矩。
不同应用场景需要不同的减速比。
3.编码器：安装在电机轴上，用于测量电机输出位置或速度。
编码器通常是光电编码器或磁编码器。
4.控制器：负责接收输入信号，处理反馈信号，并输出控制信号驱动电机。
控制器可以是单片机、PLC或专用伺服控制器等。
三、工作过程伺服电机的工作过程可以分为三个步骤：检测、比较和控制。
1.检测：通过编码器等反馈器件测量电机输出位置或速度，并将测量值传递给控制器。
2.比较：控制器将反馈值与期望值进行比较，计算出误差值。
3.控制：根据误差值，控制器输出控制信号调整电机输出，使误差值趋近于零。
控制信号通常是电压或电流信号，通过驱动电机实现位置或速度的调整。
伺服电机常见的应用场景包括机床加工、自动化生产线、机器人等。
伺服电机的优势在于其具有精准的位置和速度控制能力，可以满足高精度的运动要求。
此外，伺服电机还具有高可靠性、高效率和维护方便等优点。
总结：通过对伺服电机的基本原理、组成结构以及工作过程的介绍，我们对伺服电机有了更深入的了解。
伺服电机作为一种常见的电动机类型，广泛应用于工业自动化和机器人领域。
了解伺服电机的知识点，有助于我们更好地应用和理解伺服电机的工作原理和特点。
伺服电机讲解
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内容
由于我们是从事非标自动化设备设计与制造的， 主要是合理地选择和正确使用各种控制电机，因此本 次讲座着重阐述伺服电机的基本结构、工作原理、工 作特性和使用方法。具体内容如下：
1 概述 2 伺服电机基本结构及原理 3 旋转磁场作用下的运行分析 4 伺服电机的机械特性及控制方式 5 交流伺服电机的应用 6 伺服电机选择及主要性能指标
--
1 概述 1.2伺服电机最大特点
在有控制信号输入时，伺服电动机就转动；没 有控制信号输入，它就停止转动。改变控制电压的 大小和相位(或极性)就可改变伺服电动机的转速和 转向。
--
1 概述 1.3伺服电机与普通电机相比具有如下特点
(1)调速范围宽广。伺服电动机的转速随着控制电 压改变，能在宽广的范围内连续调节。 (2)转子的惯性小，即能实现迅速启动、停转。 (3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
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4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
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4.2 零信号时的机械特性和无“自转”现象
当电阻已增大到使临界转差率＞1的程度时，合成转矩曲线与横 轴相交仅有一点(S＝1处)，而且在电机运行范围内，合成转矩均
为负值，即为制动转矩。因而当控制电压UC取消变为单相运行时，
电机就立刻产生制动转矩，与负载阻转矩一起促使电机迅速停转， 这样就不会产生自转现象。
松下交流伺服电机及驱动器
安川伺服电机驱动器
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2 伺服电机基本结构及原理
驱动器
交流伺服 电机器
交流伺服电机系统
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2 伺服电机基本结构及原理
2.1 结构
交流电机
交流电机 电源线
编码器
编码器信 号输出线
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伺服电机相关知识点总结
伺服电机相关知识点总结一、工作原理1. 构成要素伺服电机主要由电机本体、编码器、控制器和电源组成。
其中电机本体是用来提供驱动力的核心部件，编码器用来测量电机转动的位置和速度，控制器通过对编码器反馈信号的处理和输入信号进行比较计算，控制电机输出所需的位置、速度和力，电源则为整个系统提供电能。
2. 工作原理伺服电机主要通过控制器对电机的输出信号进行监控和调节，使其按照要求的位置、速度和力进行运动。
当接收到输入信号后，控制器会根据编码器反馈的实际状态和输入信号进行计算，然后输出相应的控制信号给电机，以调整电机的转速和转动位置，从而达到控制所需的运动状态。
二、特点1. 高精度伺服电机具有高精度的运动控制能力，可以实现高速运动和高精度的定位。
这使得它在需要精准位置控制的场合下具有重要应用价值，比如数控机床、印刷设备等领域。
2. 高可靠性伺服电机采用闭环控制系统，具有良好的抗干扰能力和自动调节能力，可对系统的参数进行在线调整，能够保证系统在不同负载、速度和环境条件下都能稳定、可靠地工作。
3. 高响应速度伺服电机的响应速度很快，能够在微秒级的时间内对输入信号作出快速准确的反应，因此它适用于需要高速反应的控制系统，比如自动装配线、机器人等。
4. 高功率密度伺服电机的功率密度较高，具有较小的体积和重量，因此适用于限定空间内的应用场合。
5. 多种控制模式伺服电机支持位置控制、速度控制和力控制等多种控制模式，能够满足不同应用场合的需求。
三、应用领域1. 机器人伺服电机在工业机器人、服务机器人和特种机器人等各种类型的机器人中得到广泛应用，用于实现机器人的各种运动功能，如运动控制、夹持操作、轨迹规划等。
2. 自动化装配线伺服电机在汽车工业、电子工业、食品包装等领域的自动化装配线上得到广泛应用，用于控制输送带、机械手、夹具等设备的运动。
3. 数控机床伺服电机在数控机床的主轴、进给系统和切削运动等方面得到广泛应用，能够实现高速、高精度的工件加工。
《伺服电机教学版》课件
3
电机转矩控制原理
伺服电机通过调整电机的输出转矩，根据负载需求实现精确力矩控制。
伺服电机的控制系统
控制系统的组成
伺服电机的控制系统由位置 控制器、速度控制器和功率 放大器组成。
控制系统的设计流 程
控制系统的设计包括选型、 安装调试和参数优化等阶段。
控制系统的调试和 优化
调试和优化过程包括PID参数 调整、滤波器设置和系统响 应测试等。
3 伺服电机的基本组成部分
伺服电机主要由电机、传感器、控制器和功率放大器组成。
伺服电机的工作原理
1
电机速度控制原理
伺服电机根据输出信号调整电机的速度，通过反馈传感器实时监测电机转速并与 目标速度比较进行调整。
2
电机位置控制原理
伺服电机通过位置传感器实时监测电机位置，并与目标位置比较进行调整，以实 现精确定位控制。
《伺服电机教学版》PPT 课件
这个课件将介绍伺服电机的工作原理、控制系统以及在工业中的应用。我们 将探讨伺服电机的优点和缺点，展望其未来发展趋势。
什么是伺服电机
1 伺服电机的定义
伺服电机是一种能够根据输入信号进行精确位置、速度和转矩控制的电机。
2 伺服电机的分类
伺服电机根据结构和工作方式的不同可以分为交流伺服电机和直流伺服电机。
伺服电机的优点和缺点
伺服电机的优点
高精度、高速度、快速响 应、可靠性高。
伺服电机的缺点
价格较高、复杂性高、对 控制系统要求高。用中的 需求将不断增加。
结论
通过本课件，我们总结了伺服电机的特点和应用，展望了其未来发展趋势。伺服电机在工业中的应用将 不断增加，具有重要的意义和价值。
伺服电机在工业中的应用
自动化生产线
伺服电机控制原理简单解析
伺服电机控制原理简单解析伺服电机是一种常用的电机控制器，被广泛应用于工业自动化、机械运动控制和机器人等领域。
它以其精准、稳定的运动控制能力而备受推崇。
本文将对伺服电机的控制原理进行简单解析，帮助读者更好地理解伺服电机的工作原理以及其在实际应用中的优势。
一、伺服电机的基本概念伺服电机是一种能够通过控制信号准确控制转速和位置的电机。
它主要由电机本体、编码器、控制器和驱动器等组成。
电机本体通过驱动器接收控制信号，并通过编码器提供的反馈信号进行位置和速度的闭环控制。
这种控制方式能够实现精确的运动控制，使伺服电机成为许多器械和设备中不可或缺的关键部件。
二、伺服电机的工作原理伺服电机的工作原理可以分为两个阶段：控制阶段和执行阶段。
1. 控制阶段控制阶段是指通过控制器生成控制信号，并将其发送给伺服电机驱动器的过程。
控制信号通常由目标位置或目标速度等运动参数组成。
控制器根据预设的运动规划算法，计算出合适的控制信号，并将其传输给驱动器。
2. 执行阶段执行阶段是指驱动器接收到控制信号后，将其转换为电机的转速或转矩指令，并输出给电机。
编码器将电机的实际位置或速度反馈给控制器。
控制器根据反馈信号和目标信号之间的差异，不断调整控制信号，使得电机逐渐接近目标位置或达到目标速度。
这种反馈控制的方式保证了伺服电机的精确度和稳定性。
三、伺服电机的优势伺服电机相比于普通电机具有以下几个明显的优势：1. 高精度控制：伺服电机能够实现高精度的运动控制，常用的控制精度可达到亚微米级别。
这使得它在需要高精度定位和运动控制的应用中得到广泛应用，如半导体制造、医疗设备和光学仪器等领域。
2. 快速响应：伺服电机具有快速响应的特性，其控制频率可以达到几千赫兹。
这意味着伺服电机可以在短时间内完成准确的位置或速度控制。
这使得它在要求高速快速运动的应用中十分适用，如自动化生产线和机器人操作等。
3. 良好的负载适应性：伺服电机能够根据实际负载情况调整输出功率，实现动态负载的自适应。
《伺服电机精讲》课件
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按照功率分类：大功率伺服电机、 小功率伺服电机
按照用途分类：通用伺服电机、 专用伺服电机
应用领域概述
工业自动化：用 于控制机械设备
的运动和位置
机器人技术：用 于控制机器人的
运动和位置
数控机床：用于 控制机床的加工
精度和速度
医疗设备：用于 控制医疗设备的
运动和位置
航空航天：用于 控制航天器的运
06
伺服电机的未来发展
伺服电机的发展趋势
智能化：通过人工智能技术实现伺服电机的自动控制和优化 节能化：提高伺服电机的能效比，降低能耗 微型化：减小伺服电机的体积和重量，提高其便携性和灵活性 集成化：将伺服电机与其他设备集成，提高系统的整体性能和可靠性
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
伺服电机的新技术发展
智能化：通过人 工智能技术实现 伺服电机的自动 控制和优化
转速范围：确定电机的转速范围，如低速、 中速、高速等
控制方式：确定电机的控制方式，如开环、 闭环、半闭环等
精度要求：确定电机的精度要求，如位置、 速度、力矩等
环境条件：考虑电机的工作环境，如温度、 湿度、振动等
成本预算：考虑电机的成本预算，选择合 适的品牌和型号
伺服电机的安装与调试
安装步骤：检查电机、安装底座、固定螺丝、连接电缆等 调试步骤：检查电机、设置参数、测试运行、调整参数等 注意事项：确保电机安装牢固、电缆连接正确、参数设置合理等 常见问题：电机无法启动、运行不稳定、噪音过大等及解决方法
伺服电机的维护与保养
清洁保养：定期清洁电机， 保持清洁，避免灰尘、油污 等影响电机性能
定期检查：检查电机的运行 状态，如温度、振动、噪音 等
【精品】伺服电机基础PPT课件
位置控制
位置指令输入方式
CCW/CW 脉冲列
A/B相位 脉冲列
Pulse＋Dir
依据输入的脉波数目、达到 控制马达定位的目的。
位置控制
位置控制模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。
低频启动力矩 速度范围
控制方式
精度 过载特性 转矩控制 响应特性 加减速特性 温升 响应速度 价格
变频电机
伺服电机
小
大
低（一般在3000RPM一 高（可达5000RPM），直流 下，大于3000RPM时应 伺服电机更可达1~2万转/分 考虑电机的特殊设计）
一般为开环
多样化智能化的控制方式， 位置/转速/转矩方式
低
高
低
可3~10倍过载(短时)
原理上不可能
适用，可控制静止转矩
低
高
差
好
高
低
一般
高
低
高
力矩范围 速度范围
控制方式
平滑性 精度 矩频特性 过载特性 反馈方式 编码器类型
响应速度 耐振动 温升 维护性 价格
交流伺服与步进电机系统选型比较
步进电机系统
伺服电机系统
中小力矩（一般在20Nm一下）
低（一般在2000RPM一下，大力矩电机小于 1000RPM）
则机械位置解析度(Resolution) =(PB．(1/R))/(PE．4) =0.002(mm) <机械定位精度±0.05(mm)
收益
技能培训资料：伺服电机的控制模式
伺服系统（servo mechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。
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。
伺服电机的工作原理，接着看看它的三种控制方式：伺服系统有三种控制方式，即转矩控制（电流环）、速度控制（电流环、速度环）、位置控制（电流环、速度环、位置环）。
所谓的位置模式也就是对位置要求比较高，比如直线伺服模组这种机构，需要滑动机构停止准确，就用这种模式，说到这里，咱们顺带来看一下滚珠丝杆式模组的组成，自动化中应用的基本都是这种模式，还有就是，在位置模式下，PLC一般都是以通过发送脉冲给驱动器的方式，来控制伺服系统。
这种模式下，PLC又是怎么控制伺服电机的呢：通过发送的脉冲的频率，来确定转动速度的大小；通过发送脉冲的个数来确定转动的角度；当然也有些伺服系统，PLC可以通过通讯方式直接对速度和位移进行赋值。
由于位置模式对速度和位置都有很严格的控制，所以一般应用于需要精确定位的装置，比如像上面说的直线模组，还有数控机床，印刷机械等等，可以说这种模式是应用最广的。
转矩模式，是对电机的速度、位置没有什么要求，只需要输出一个恒转矩，就像我刚才的那种使用工况。
和位置模式不同的是，转矩控制方式是通过外部模拟量的输入或直接对地址的赋值来设定电机轴对外的输出转矩，比如说：伺服系统中，如果10V对应的转矩是5N·m，那么外部输入模拟量设置为5V时，电机输出转矩就是2.5N·m。
如果电机轴负载小于2.5N·m时，电机就会正转；负载大于2.5N·m时，电机会跟着负载方向转动；当然负载等于2.5N·m时，电机就不转。
伺服电机基础知识
伺服电机基础知识
嘿，朋友们！今天咱来聊聊伺服电机基础知识呀。
你想想看，伺服电机就像是一个超级厉害的小助手！比如说，你家里的机器人能那么灵活地走来走去，给你递东西，这里面可就有伺服电机的功劳呢！它能让机器的动作那么精准，就好像有一双无形的手在精确地操控着一切。
那到底啥是伺服电机呢？其实吧，它就是一种可以精确控制旋转角度和速度的电机呀！比如说，那些需要高精度加工的工厂，要是没有伺服电机，那可就麻烦啦！就好比战士上战场没有趁手的武器，那能行吗？
再说说它的工作原理吧，就像是一个聪明的小精灵，随时听候你的指令然后快速行动。
它靠接收信号，然后根据信号的要求来转动。
你看，这不就跟咱们听老师话，老师让干啥就干啥一样嘛！
还有很重要的一点哦，伺服电机的精度那可是超高的呀！就像射击运动员能精确射中靶心一样。
要是精度不够，那可就糟糕了，生产出来的东西都没法用啦！那得多让人郁闷呀！
在我们生活中啊，好多地方都有伺服电机的身影呢。
机器人、自动化生产线等等，到处都能看到它在默默工作。
它真的是太重要啦，没有它，好多高科技的东西都没法实现呢！
所以呀，咱可得好好了解了解伺服电机基础知识，这样才能更清楚那些神奇的高科技产品是怎么工作的呀！这不就是打开科技大门的一把钥匙嘛！伺服电机，真的是超级厉害，大家一定要重视它呀！。
伺服电机详解
固定子
电机结构 转子 ：永磁型 定子 ：3相
转 矩
電圧
N1
N2
转速
22
永磁交流伺服电机
伺服电机的基本构成方式 各种伺服电机的主要特点，电机框图 伺服电机电磁结构动向，鸣志M3伺服电机
23
伺服电机的基本构成方式
构成方式
直流有刷伺服电机
交流伺服电机
同步伺服电机 （SM）
异步伺服电机 （IM）
SM:synchronous motor IM:induction motor
电刷位置与转矩关系
转矩最大位置
磁钢的磁场
转矩为零位置 磁钢的磁场
电流的磁场
电流的磁场
电刷的设计：保证电流磁场HF的方向与磁钢的磁场成90关系
16
直流的稳态特性
電圧、電流、転速等均不随时间变化时的电机特性
特性方程：
V = Ra I + E
E = Ke ⋅ N
Tem = Kt I
N
=
V Ke
−
R KeKt
26
永磁交流伺服电机的结构
无刷电机加编码器即可构成伺服电机
伺服电机电磁结构最新动向
近年来,行业知名厂家的最新款电机纷纷采用12槽10极结构. 10极结构电机的经纬
2004年东方BX产品化, 是行业最早10极伺服 2011年安川推出SIGAM5 (10极) 2012年松下推出A5(10极) 之后台达，汇川(10极)已有产品 伺服计划2018年量产
35
无控制时的直流电机特性
直流电机框图
Ua(s) +
-
1 La s + Ra
Ia(s)
Td(s)
Tem(s)
伺服电机精讲解读
第一章 直流伺服电动机-分类
（二）低惯量式直流伺服电动机
盘形电枢直流伺服电动机 盘形电枢直流伺服电动机的定子是由永久 磁钢和前后磁轭所组成，磁钢在圆盘的一侧放 置，也可以在两侧同时放置。 电机的气隙就位于圆盘的两边，圆盘上有 电枢绕组，可分为印刷绕组和线绕式绕组两种 形式。
第一章 直流伺服电动机-分类
A
f
S
第一章 直流伺服电动机-工作原理
直流电机是可逆的，它根据不同的外界条件 而处于不同的运动状态。 如输入机械能时，迫使它旋转，它便输出电 能，处于发电机状态，此时称为发电机。 当在电刷两端加电压输入电能时，它便旋转 起来，输出机械能，处于电动机状态。
第一章 直流伺服电动机
二、直流伺服电动机的结构和分类 （一）传统式直流伺服电动机
基本假设： 1.不考虑电机磁化曲线非线性的影响； 2.忽略带载时电枢反应磁势的影响。
第一章 直流伺服电动机-静态特性
电枢回路的电压平衡方程:
U a E a ia Ra
Uf if
E a Cen K e n
它表示外加电压与反电势及电枢内阻压 降相平衡 ia Ra —电动机电枢回路的总电阻； Ea —电动机电枢回路的反电势； ia —电动机电枢回路的电流； —每级总磁通； n —电枢转速； Ke —电势常数，表示单位转速所产 生的电势。
电 气 原 理 图
第二章 交流流伺服电动机
伺服电动机的工作原理
鼠笼转子的转向
第二章 交流流伺服电动机
通过实验介绍该电动机的工作原理：如图，一个能够自由 转动的鼠笼转子放在可用手柄转动的两极永久磁铁中间，当转 动手柄使永久磁铁旋转时，就会发现磁铁中间的鼠笼转子也会 跟着磁铁转动起来。转子的转速比磁铁慢，当磁铁的旋转方向 改变时，转子的旋转方向也会跟着改变。
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ia —电动机电枢回路的电流；
—每级总磁通；
n —电枢转速；
Ke —电势常数，表示单位转速所产
生的电势。
A
Uf
Ua
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Ø第一章 直流伺服电动机-静态特性
电动机的电磁转矩为 :
Tg CtiaKtia
Kt —转矩常数，表示单位电枢电流所产生的转矩 。
直流伺服电动机的转速公式为
nUa Ke
Ra Kt Ke
tan n0 Ra
Tk KtKe
A
17
Ø第一章 直流伺服电动机-静态特性
（二）调节特性
Tg=constant， nf(Ua)
调节特性曲线与横轴的交点表 示在一定负载转矩时电动机的 始动电压Ua0。
n
n0
Tg1 < Tg2 < Tg3
0
Ua0
Ua
调节特性曲线的横坐标从零到始动电压的 这一范围称为在一定负载转矩时，伺服电 动机的失灵区。失灵区的大小与负载转矩 成正比。
A
10
Ø第一章 直流伺服电动机
三、直流伺服电动机的控制方式
电磁式直流伺服电动机，采用电枢控制时， 其激磁绕组由外加恒压的直流电源激磁；
永磁式直流伺服电动机则由永磁磁极激磁。
A
11
Ø第一章 直流伺服电动机
四、直流伺服电动机的静态工作特性
机械特性是指控制电压一定时，转速随转矩的 变化关系；
调节特性是指电机转矩一定时，转速随控制电 压的变化关系。
A
6
Ø第一章 直流伺服电动机-分类
这两者电机的转子铁芯均由硅钢片冲制叠压 而成，在转子冲片的外圆周上开有均布的齿槽， 在转子槽中放置电枢绕组，并经换向器、电刷引 出。
A
7
Ø第一章 直流伺服电动机-分类
（二）低惯量式直流伺服电动机
无槽电枢直流伺服电动机 无槽电枢直流伺服电动机的电枢铁芯上并不
开槽，电枢绕组直接排列在铁芯表面，再用环氧 树脂把它与电枢铁芯粘成一个整体。定子磁极可 以用永久磁钢做成，也可以采用电磁式结构。
如图所示，电流从B刷流入， 由A刷流出。
N极处有效导体中的电流 流出纸面，用⊙表示；
S极处有效导体中的电流 流入纸面，用表示。
A
N f
-+ AB
n f
S
3
Ø第一章 直流伺服电动机-工作原理
用左手定则确定电磁力的方向。 载流导体在磁场中受到电磁力为
f Bli
B —导体所在处的磁密度 （磁感 应强度），Wb/m2
目前我国生产的SWC系列直流伺服电动机属 于这种结构。
A
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Ø第一章 直流伺服电动机-分类
（二）低惯量式直流伺服电动机
盘形电枢直流伺服电动机
盘形电枢直流伺服电动机的定子是由永久 磁钢和前后磁轭所组成，磁钢在圆盘的一侧放 置，也可以在两侧同时放置。
电机的气隙就位于圆盘的两边，圆盘上有 电枢绕组，可分为印刷绕组和线绕式绕组两种 形式。
A
18
Ø第一章 直流伺服电动机
五、直流伺服电动机的动态特性
电枢控制时直流伺服电动机的动态特性，是指在电动机 的电枢上外加阶跃电压时，电机转速的增长过程。
Ra
La
ia
n f (t)
Tg TF TJ TL
Ua
Ug
M
A
19Ø第一章 直流伺服Fra bibliotek动机-动态特性
直流伺服电动机的基本方程
电枢电路的电压方程
UaRaiaLa ddaitUg
基本假设： 1.不考虑电机磁化曲线非线性的影响； 2.忽略带载时电枢反应磁势的影响。
A
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Ø第一章 直流伺服电动机-静态特性
电枢回路的电压平衡方程:
UaEaiaRa
if
EaC enKen
它表示外加电压与反电势及电枢内阻压
降相平衡
Ra —电动机电枢回路的总电阻； ia
Ea —电动机电枢回路的反电势；
A
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Ø第一章 直流伺服电动机-分类
（二）低惯量式直流伺服电动机 空心杯电枢永磁式直流伺服电动机
空心杯电枢永磁式直流伺服电动机有一个外定子 和一个内定子。通常外定子由两个半圆形的永久磁钢 所组成；内定子为圆柱形的软磁材料做成，仅作为磁 路的一部分，以减小磁阻。
目前我国生产的SYK系列直流伺服电动机属于这 种结构。
恒定磁场中转动的元件感应电压 UgKKe
电动机产生的电磁转矩 TgCtiaKtia
电动机的转矩平衡方程 TgTFTJTL
∵
TJ
J
d
dt
TF Tf B ∴ TgJddtBTf TL
式中： J为转动惯量，B为粘滞摩擦系数，Tf为其他摩擦
转矩，TL为负载转矩。
A
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伺服电机
A
1
主要内容
第一章 直流伺服电动机 1.1 直流伺服电动机的工作原理 1.2 直流伺服电动机的静态特性 1.3 直流伺服电动机的动态特性
第二章 交流伺服电动机 2.1 交流伺服电动机的结构及控制方式 2.2 交流伺服电动机的工作原理
A
2
Ø第一章 直流伺服电动机
一、直流伺服电动机的工作原理 在两电刷间加直流电压。
A
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Ø第一章 直流伺服电动机
二、直流伺服电动机的结构和分类 （一）传统式直流伺服电动机
传统式直流伺服电动机可分为永磁式和电磁式两种。
永磁式直流伺服电动机是在定子上装置由永久磁钢做成的 磁极。目前我国生产的SY系列直流伺服电动机属于这种 结构。
电磁式（串激式和他激式）直流伺服电动机的定子通 常由硅钢片冲制叠压而成，磁极和磁轭整体相连，在 磁极铁芯上套有激磁绕组，目前我国生产的SZ系列直 流伺服电动机属于这种结构。
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Ø第一章 直流伺服电动机-静态特性
（一）机械特性
Ua= constant， n f (Tg )
机械特性曲线与纵轴的交点为 电动机的理想空载转速n0
n0
Ua Ke
机械特性曲线与横轴的交点为
电动机的堵转矩Tk
n
n0
Ua3 < Ua2 < Ua1
0
Tk
Tg
Tk
Kt Ra
Ua
机械特性曲线的斜率的绝对值表示 了电动机机械特性的刚度。
Tg
A
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我们把 EaC enKen代入电压平衡方程中，可得到电
枢电流Ia的表达式： IaUaEa UaCen
Ra
Ra
由此看出直流电动机的电枢电流不仅取决于外加电压和本 身的内阻，而且还取决于与转速成正比的反电势（当Φ为 常数时）。
TL↓－T↓－Ia↓－n↑; TL↑－T↑－Ia↑－n↓
A
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A
l —导体在磁场中的长度，m； i —导体中流过的电流，A。
A
N f
-+ AB
n f
S
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Ø第一章 直流伺服电动机-工作原理
直流电机是可逆的，它根据不同的外界条件 而处于不同的运动状态。
如输入机械能时，迫使它旋转，它便输出电 能，处于发电机状态，此时称为发电机。
当在电刷两端加电压输入电能时，它便旋转 起来，输出机械能，处于电动机状态。