关于伺服电机的报告

关于伺服电机的报告

一伺服的有关概念及定义

伺服：一词源于希腊语“奴隶”的意思。人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。

伺服系统：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。伺服的主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理，使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。

伺服电机工作原理

伺服电机又称执行电动机，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。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。

伺服电机是一个典型闭环反馈系统，减速齿轮组由电机驱动，其终端（输出端）带动一个线性的比例电位器作位置检测，该电位器把转角坐标转换为一比例电压反馈给控制线路板，控制线路板将其与输入的控制脉冲信号比较，产生纠正脉冲，并驱动电机正向或反向地转动，使齿轮组的输出位置与期望值相符，令纠正脉冲趋于为0，从而达到使伺服电机精确定位的目的。

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

1、交流伺服电动机

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Uc。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，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子.空心杯形转子的转动惯量很小，反应迅速，而且运转平稳，因此被广泛采用。

交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。

交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：

1）、起动转矩大

由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图3中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率S0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。

2）、运行范围较广

3）、无自转现象

正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）

交流伺服电动机的输出功率一般是0.1-100W。当电源频率为50Hz，电压有36V、110V、220、380V；当电源频率为400Hz，电压有20V、26 V、36V、115V等多种。

交流伺服电动机运行平稳、噪音小。但控制特性是非线性，并且由于转子电阻大，损耗大，效率低，因此与同容量直流伺服电动机相比，体积大、重量重，所以只适用于0.5-100W的小功率控制系统。

二、应用领域

伺服产品主要用于高精度加工及控制。主要用于数控车床、纺织工业、电路板制作、半导体封装等等。伺服产品是驱动各种电机做各种运动的，一般有三相交流旋转电机驱动器、直线电机伺服驱动器。精度很高，采用反馈原理，用位置、速度、电流等传感器来采集信息，对这些信息综合分析处理，控制电机运动。

三、竞争分析

随着电机产业的国际转移，中国已经成为世界电机的生产制造基地，多家国际知名电机制造商如ABB、GE、SIEMENS、GAMESA等均在中国设立了制造中心。在国际电机企业纷纷进入国内市场的情况下，为应对全球化格局下的市场竞争，国内电机制造企业的发展方向逐步由“注重大而全”向“注重产品的设计、研发和总装，部件生产外包”转变。电机作为基础动力设备，近年保持稳定快速

增长，根据国家统计局数据，截至2010年11月我国电动机制造营业收入为1360亿元，实现营业利润81亿元，同比分别增长35.6%和37.2%。2002年-2009年我国中小型电机产量年均复合增长率达17.66%。

2003年以来，我国发电机装机容量均维持在10%以上的增速水平，形成了对发电机的稳定需求。根据国家发改委对电力行业的规划，未来我国将大力开发水电、风电、核电等可再生能源，相关配套发电机的新增需求将进一步增加。

电机生产企业众多，单一生产企业市场份额普遍较低，市场集中度不高，生产企业2211家，国内中小型电机生产企业约2000家，其中具有一定生产规模的约300家，主要集中在浙江、江苏、上海、山东、广东、福建等省市。虽然电机行业集中度不高，但近年行业正处于不断整合的过程中，行业集中度不断提高，市场份额不断向业内大型企业集中。

根据中国电器工业协会中小型电机分会对行业骨干电机企业的统计，2007年-2009年骨干电机企业合计实现收入分别为329.90亿元、367.60亿元和392.53亿元，前三名和前十名会员企业分别占据了40.32%和72.38%，行业集中度不断提高。

中小型电动机产量约占国内电动机总产量的95%。目前我国中小型电机行业已经形成较为完整的产业体系，产品品种、规格、性能基本上满足了我国国民经济发展的需要，同时基于我国工业化和城镇化的推进、投资需求的拉动以及国外电机产业向中国转移的趋势，未来我国中小型电机行业有广阔的发展空间。

电机作为各种设备的驱动力，广泛应用于工业、农业、商业及公共设施等各个领域。统计数据表明，我国目前已成为全球最大的电机和电机系统组件生产基地之一，仅中小型电机的年产量就超过5000万千瓦；同时，我国从制造业大国正向制造业强国发展，由于国家对制造装备及其技术改造工作的重视，随着全数字式交流永磁伺服系统的性能价格比逐步提高，交流伺服电机作为控制电机类高档精密部件，其市场需求将稳步增长，近5年内其应用前景将十分看好。

由于交流伺服电机的驱动装置采用了先进全数字式驱动控制技术，硬件结构简单，参数调整方便，产品生产的一致性可靠性增加，同时可集成复杂的电机控制算法和智能化控制功能，如增益自动调整、网络通讯功能等，大大拓展了交流伺服电机的适用领域；另外随着各行业，如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、