伺服电机结构及工作原理

转矩的方向与电机旋转方向相反，
是一个制动转矩，这就保证了当控
制电压消失后转子仍转动时，电动
机将被迅速制动而停下。转子电阻
加大后，不仅可以消除自转，还具
有扩大调速范围、改善调节特性、
提高反应速度等优点。
图8.3 伺服电动机单相 运行时的M-S曲线
3．控制方法
可采用下列三种方法来控制伺服电动机的转速高低及旋转方向。
（1）幅值控制 保持控制电压与励磁电压间的相位差不变，仅 改变控制电压的幅值。
（2）相位控制 保持控制电压的幅值不变，仅改变控制电压与 励磁电压间的相位差。
（3）幅-相控制 同时改变控制电压的幅值和相位。
二、直流伺服电动机
1．基本结构
传统的直流伺服电动机动实质是容量较小的 普通直流电动机，有他励式和永磁式两种，其结 构与普通直流电动机的结构基本相同。
1、结构(永磁同步电机) 主要由：定子1、转子5和检测元件8等几部分组成。
1 2
3
4
1
56
7
8
9
2．工作原理
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。
杯形电枢直流伺服电动机的转子由非磁性材 料制成空心杯形圆筒，转子较轻而使转动惯量小， 响应快速。转子在由软磁材料制成的内、外定子 之间旋转，气隙较大。
无刷直流伺服电动机用电子换向装置代替了 传统的电刷和换向器，使之工作更可靠。它的定 子铁心结构与普通直流电动机基本相同，其上嵌 有多相绕组，转子用永磁材料制成。
为消除交流伺服电动机的自转
现象，必须加大转子电阻r2，这是 因为当控制电压消失后，伺服电动
机处于单相运行状态，若转子电阻
很大，使临界转差率sm>1，这时正 负序旋转磁场与转子作用所产生的
两个转矩特性曲线（
T em

s,T em
—
s）
以及合成转矩特性曲线（ Tem s ）
如图8.3所示。由图中可看出，合成
2．基本工作原理
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”。
冲经伺服系统转化为工作台的实际位移量之间的 符合程度 2、稳定性好 稳定性：指伺服系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂 的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态
3、定位精度高 定位精度：是指输出量能复现输入量的精确程度
4、快速响应性好 5、调速范围宽
调速范围：是指机械装置要求电动机能提供的最高转速 和最低转速的比值
6、系统可靠性好 7、低速大转矩
二、伺服系统的分类
1、按伺服系统调节理论分类 ① 开环伺服系统
② 闭环伺服系统
③ 半闭环伺服系统
一、交流伺服电动机
1．基本结构
交流伺服电动机主要由 定子和转子构成。
定子铁心通常用硅钢片 叠压而成。定子铁心表面的 槽内嵌有两相绕组，其中一 相绕组是励磁绕组，另一相 绕组是控制绕组，两相绕组 在空间位置上互差90°电角 度。工作时励磁绕组f与交流 励磁电源相连，控制绕组k加 控制信号电压 。
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伺服电动机
伺服电动机的作用是将输入的电压信号（即 控制电压）转换成轴上的角位移或角速度输出， 在自动控制系统中常作为执行元件，所以伺服电 动机又称为执行电动机，其最大特点是：有控制 电压时转子立即旋转，无控制电压时转子立即停 转。转轴转向和转速是由控制电压的方向和大小 决定的。伺服电动机分为交流和直流两大类。
三、交直流伺服电动机的区别
直流伺服电动机的缺点： ① 电刷和换向器易磨损，换向时产生火花，限制转速 ② 结构复杂，制造困难，成本高 交流伺服电动机的优点： ① 结构简单，成本低廉，转子惯量较直流电机小 ② 交流电动机的容量大于直流电动机
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伺服系统的性能要求
一、基本要求
1、位移精度高 位移精度：指指令脉冲要求机床工作台的位移量和该指令脉