伺服電機(jī)的功能與作用闡析

路陽　林桁

摘 要：在我國的電機(jī)種類中，交流伺服電動機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。因此伺服電機(jī)的功能好壞非常的重要。文章主要針對伺服電機(jī)的功能和作用進(jìn)行詳細(xì)的闡述和分析，希望通過文章的闡述和分析，為我國伺服電動機(jī)的發(fā)展和創(chuàng)新貢獻(xiàn)力量。

關(guān)鍵詞：伺服電動機(jī)；單相異步電動機(jī)；性能比較

交流伺服電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)在構(gòu)造上和電容分相式電機(jī)非常相似。交流伺服電動機(jī)在定子的位置上有兩個互成90度的定子繞組。這兩個定子繞組分別為勵磁定子繞組和控制定子繞組。勵磁定子繞組會一直在交流電壓之上，另外一個控制定子繞組主要是控制信號電壓。

交流伺服電機(jī)中的定子一般情況下是鼠籠式結(jié)構(gòu)。但是為了能夠有效的突出伺服交流電機(jī)兩個特性和兩個性能，在伺服電機(jī)和普通電機(jī)的對比過程中，要有效的發(fā)揮電機(jī)轉(zhuǎn)子電阻較大，電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量較小的特點(diǎn)。交流伺服電機(jī)的兩個特性分別是：第一，調(diào)速范圍非常的寬廣；第二，機(jī)械的線性特性。交流伺服電機(jī)的兩個性能分別是：第一，在電機(jī)轉(zhuǎn)動的過程中沒有自轉(zhuǎn)的狀況；第二，在電機(jī)開啟的過程中，能夠有效快速的進(jìn)行啟動?，F(xiàn)階段，交流伺服電機(jī)應(yīng)用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)主要有兩種形式。第一種形式是利用高效電阻的導(dǎo)電性材料來進(jìn)行高電阻導(dǎo)條的制作，這種形式就是鼠籠轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。在這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)中，我們?yōu)榱擞行У目刂妻D(zhuǎn)動慣量的增大，會將轉(zhuǎn)子做成細(xì)長的外形。第二種形式是利用鋁合金材料來進(jìn)行空心轉(zhuǎn)子的制作，這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子的杯壁非常薄，通常情況下為0.2-0.3毫米。同時為了能夠有效的保障磁路轉(zhuǎn)子的磁阻，我們會在空心轉(zhuǎn)子的中心處設(shè)置一個內(nèi)定子。由于空心轉(zhuǎn)子具有很小的轉(zhuǎn)動慣量，能夠迅速的對設(shè)備收到的命令做出反應(yīng)，因此在應(yīng)用的過程中，具有非常大的應(yīng)用前景。

1 永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)容

關(guān)于永磁交流伺服電機(jī)的內(nèi)容，文章主要從兩個方面進(jìn)行闡述和分析。第一個方面是永磁交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)的具體優(yōu)點(diǎn)。第二個方面是永磁交流伺服電機(jī)和單相異步電機(jī)的具體優(yōu)點(diǎn)。

1.1 永磁交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)的具體優(yōu)點(diǎn)

第一個優(yōu)點(diǎn)是永磁交流伺服電機(jī)具有換向器裝置，同時沒有電刷裝置，這樣就會保障永磁交流電機(jī)的工作可靠，同時在日常維修方面及保養(yǎng)方面都非常的便利。第二個優(yōu)點(diǎn)是永磁交流伺服電機(jī)定子繞組，所以容易熱量的流散。第三個優(yōu)點(diǎn)是永磁交流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動慣量非常小，同時還會有效的提升整個電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行速度。第四個優(yōu)點(diǎn)是永磁交流伺服電機(jī)在應(yīng)用過程中適用于力矩較大的工作情況。第五個優(yōu)點(diǎn)是永磁交流伺服電機(jī)在同等功率的條件小，體積更小同時總量更輕。

1.2 永磁交流伺服電機(jī)和單相異步電機(jī)的具體優(yōu)點(diǎn)

第一個優(yōu)點(diǎn)是永磁交流伺服電機(jī)具有非常大的啟動力矩。這種優(yōu)點(diǎn)是由于永磁交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻較大，在轉(zhuǎn)矩特性曲線上有著非常大的區(qū)別。這樣的特性曲線能夠保障轉(zhuǎn)差率較小，因此會保障電機(jī)的轉(zhuǎn)矩特性接近直線狀態(tài)，能夠承受較大的啟動力矩。在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，一旦有了較為穩(wěn)定的控制電壓就會讓轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，因此保障了永磁交流伺服電機(jī)具有啟動較快和高靈敏度的優(yōu)勢。第二個優(yōu)點(diǎn)是永磁交流伺服電機(jī)在使用范圍上非常的廣泛，能夠適應(yīng)各種工況條件。第三個優(yōu)點(diǎn)是永磁交流伺服電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中沒有自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

2 伺服電動機(jī)在性能上和步進(jìn)電機(jī)性能的比較

步進(jìn)電機(jī)在系統(tǒng)上屬于開環(huán)控制。這一方面和現(xiàn)階段的數(shù)字控制有著非常大的區(qū)別。在我國的數(shù)控系統(tǒng)中，步進(jìn)電機(jī)有著非常廣泛的用途，但是伴隨著我國全數(shù)字式的伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的出現(xiàn)，已經(jīng)逐步取代了步進(jìn)電機(jī)在控制方面的應(yīng)用。我國現(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)都有廣泛的應(yīng)用，兩者都能夠有效的保障數(shù)控的精準(zhǔn)度。雖然兩者在數(shù)控的方式上有個很多相似的地方，但是步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)在很多方面有。關(guān)于伺服電動機(jī)在性能上和步進(jìn)電機(jī)性能的比較，文章主要從五個方面進(jìn)行闡述和分析。第一個方面是伺服電動機(jī)在控制精度上與步進(jìn)電機(jī)不同。第二個方面是伺服電動機(jī)在低頻特性上與步進(jìn)電機(jī)不同。第三個方面是伺服電動機(jī)在矩頻特性上與步進(jìn)電機(jī)不同。第四個方面是伺服電動機(jī)在過載能力上與步進(jìn)電機(jī)不同。第五個方面是伺服電動機(jī)在運(yùn)行性能上與步進(jìn)電機(jī)不同。

2.1 伺服電動機(jī)在控制精度上與步進(jìn)電機(jī)不同

步進(jìn)電機(jī)的步距角有兩種。第一種是兩相混合式，分為1.8度和0.9度；第二種是無相混合式，分為0.72度和0..36度。還有一些性能更高的步進(jìn)電機(jī)還會有更小的步距角。伺服電機(jī)在精度方面的控制主要是通過電機(jī)的軸端后部的旋轉(zhuǎn)編碼器來保障的。現(xiàn)在應(yīng)用最為廣泛的就是三洋全數(shù)字的伺服電機(jī)，在精度的保障上非常好。我們以17位編碼器的伺服電機(jī)來進(jìn)行舉例。電機(jī)轉(zhuǎn)子驅(qū)動器每一次可以接收131092和脈沖，這時電機(jī)進(jìn)行一圈的轉(zhuǎn)動。我們就可以計算脈沖量為360/131092=0.0027461，從而得出步距角為1.7度。

2.2 伺服電動機(jī)在低頻特性上與步進(jìn)電機(jī)不同

步進(jìn)電機(jī)在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中，一旦出現(xiàn)低速狀況，就會出現(xiàn)低頻振動的問題。電動機(jī)的振動頻率和電動機(jī)的負(fù)載狀況有關(guān)，同時還和電動機(jī)的驅(qū)動器有關(guān)。通常狀況下，電動機(jī)的振動頻率可以當(dāng)作電機(jī)空載的頻率的一半。步進(jìn)電機(jī)的實際工作引起的低頻振動對于設(shè)備非常的不利，需要進(jìn)行必要的專業(yè)處理。

但是這種情況在伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中就不會出現(xiàn)，因為伺服電機(jī)在運(yùn)行的過程中能夠保障穩(wěn)定的運(yùn)行，因此在伺服電機(jī)低速運(yùn)行的過程中也不會出現(xiàn)低頻振動的狀況。

2.3 伺服電動機(jī)在矩頻特性上與步進(jìn)電機(jī)不同

步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機(jī)為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。

2.4 伺服電動機(jī)在過載能力上與步進(jìn)電機(jī)不同

在通常狀況下，進(jìn)步電機(jī)是沒有過載能力的，但是在過載能力方面，交流伺服電機(jī)和進(jìn)步電機(jī)不同，具有非常好的過載能力?，F(xiàn)階段使用較為廣泛的交流電機(jī)就具備了速度過載能力，轉(zhuǎn)矩過載能力，這樣能夠有效地保障交流電機(jī)的使用性能，能夠有效地克服瞬間啟動帶來的負(fù)荷，保障了電機(jī)的使用性能。但是進(jìn)步電機(jī)在這方面有很大的缺陷，要想保障電機(jī)的正常使用，在電機(jī)選型的過程中，要選擇過大的扭矩電機(jī)，對于生產(chǎn)成本是一種嚴(yán)重的浪費(fèi)。

2.5 伺服電動機(jī)在運(yùn)行性能上與步進(jìn)電機(jī)不同

步進(jìn)電機(jī)的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機(jī)編碼器反饋信號進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。

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