交流伺服系统同步型交流伺服电动机
伺服电机的分类
伺服电机是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件，很多第一次接触到这个产品的朋友肯定一头雾水，不知道它到底是什么。
下面小编就给大家详细介绍一下到底伺服电机是什么东西以及它的分类。
伺服电动机（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。
其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度。
按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。
一、交流伺服电动机结构和原理交流伺服电动机的定子绕组和单相异步电动机相似，它的定子上装有两个在空间相差90°电角度的绕组，即励磁绕组和控制绕组。
运行时励磁绕组始终加上一定的交流励磁电压，控制绕组上则加大小或相位随信号变化的控制电压。
转子的结构形式笼型转子和空心杯型转子两种。
笼型转子的结构与一般笼型异步电动机的转子相同，但转子做的细长，转子导体用高电阻率的材料作成。
其目的是为了减小转子的转动惯量，增加启动转矩对输入信号的快速反应和克服自转现象。
空心杯形转子交流伺服电动机的定子分为外定子和内定子两部分。
外定子的结构与笼型交流伺服电动机的定子相同，铁心槽内放有两相绕组。
空心杯形转子由导电的非磁性材料（如铝）做成薄壁筒形，放在内、外定子之间。
杯子底部固定于转轴上，杯臂薄而轻，厚度一般在0.2—0.8mm，因而转动惯量小，动作快且灵敏。
交流伺服电动机的工作原理和单相异步电动机相似，LL是有固定电压励磁的励磁绕组，LK是有伺服放大器供电的控制绕组，两相绕组在空间相差90°电角度。
如果IL与Ik 的相位差为90°，而两相绕组的磁动势幅值又相等，这种状态称为对称状态。
与单相异步电动机一样，这时在气隙中产生的合成磁场为一旋转磁场，其转速称为同步转速。
旋转磁场与转子导体相对切割，在转子中产生感应电流。
转子电流与旋转磁场相互作用产生转矩，使转子旋转。
如果改变加在控制绕组上的电流的大小或相位差，就破坏了对称状态，使旋转磁场减弱，电动机的转速下降。
伺服电机、异步电机和同步电机的区别
一、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。
伺服电动机
伺服电动机认知1．永磁交流伺服系统概述现代高性能的伺服系统，大多数采用永磁交流伺服系统，其中包括永磁同步交流伺服电动机和全数字交流永磁同步伺服驱动器两部分。
(1)交流伺服电动机的工作原理伺服电机内部的转子是永久磁铁，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，同时电动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。
伺服电动机的精度决定于编码器的精度(线数)。
伺服驱动器控制交流永磁伺服电动机(PMSM)时，可分别工作在电流(转矩)、速度、位置控制方式下。
系统的控制结构框图如图7-17所示。
系统基于测量电机的两相电流反馈(Ia、Ib)和电机位置。
将测得的相电流(Ia、Ib)结合位置信息，经坐标变化(从a，b，c坐标系转换到转子d，q坐标系)，得到Ia、Ib分量，分别进入各自的电流调节器。
电流调节器的输出经过反向坐标变化(从d，q坐标系转换到a，b，c坐标系)，得到三相电压指令。
控制芯片通过这三相电压指令，经过反向、延时后，得到6路PWM波输出到功率器件，控制电机运行。
伺服驱动器均采用数字信号处理器(DSP)作为控制核心，其优点是可以实现比较复杂的控制算法，实现数字化、网络化和智能化。
功率器件普遍采用以智能功率模块(IPM)为核心设计的驱动电路，IPM内部集成了驱动电路，同时具有过电压、过电流、过热、欠压等故障检测保护电路，在主回路中还加入了软启动电路，以减小启动过程对驱动器的冲击。
智能功率模块(IPM)的主要拓扑结构是采用了三相桥式电路，原理图如图7-18所示。
利用了脉宽调制技术(Pulse width Modulation，PWM)，通过改变功率晶体管交替导通的时间来改变逆变器输出波形的频率，改变每半周期内晶体管的通断时问比，即通过改变脉冲宽度来改变逆变器输出电压幅值的大小以达到调节功率的目的。
关于图7-17中的矢量控制原理，此处不予讨论。
交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式
交流伺服电动机的原理及三种转速控制方式交流伺服电机的定子装有三相对称的绕组，而转子是永久磁极。
当定子的绕组中通过三相电源后，定子与转子之间必然产生一个旋转场。
这个旋转磁场的转速称为同步转速。
电机的转速也就是磁场的转速。
由于转子有磁极，所以在极低频率下也能旋转运行。
所以它比异步电机的调速范围更宽。
而与直流伺服电机相比，它没有机械换向器，特别是它没有了碳刷，完全排除了换向时产生火花对机槭造成的磨损，另外交流伺服电机自带一个编码器。
可以随时将电机运行的情况“报告”给驱动器，驱动器又根据得到的11报告"更精确的控制电机的运行。
由此可见交流伺服电机优点确实很多。
可是技术含量也高了，价格也高了。
最重要是对交流伺服电机的调试技术提高了。
也就是电机虽好，如果调试不好一样是问题多多。
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H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）。
伺服电动机（或称执行电动机）是自动控制系统和计算装置中广泛应用的一种执行元件。
其作用为把接受的电信号转换为电动机转轴的角位移或角速度，按电流种类的不同，伺服电动机可分为直流和交流两大类。
下面简单介绍交流伺服电动机有以下三种转速控制方式：(1)幅值控制控制电流与励磁电流的相位差保持90°不变，改变控制电压的大小。
(2)相位控制控制电压与励磁电压的大小，保持额定值不变，改变控制电压的相位。
(3)幅值一相位控制同时改变控制电压幅值和相位.交流伺服电动机转轴的转向随控制电压相位的反相而改变。
伺服电机知识汇总(直流-交流伺服电机)
伺服电机知识汇总（直流/交流伺服电机）伺服电机servomotor“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。
直流伺服电机基本构造与一般直流电动机相似。
电机转速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j，式中E 为电枢反电动势，K为常数，j为每极磁通，Ua、Ia为电枢电压和电枢电流，Ra为电枢电阻，改变Ua或改变φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法，在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ恒定。
直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。
直流伺服电机的优点和缺点优点：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)交流伺服电机的优点和缺点优点：速度控制特性良好，在整个速度区内可实现平滑控制，几乎无振荡，90%以上的高效率，发热少，高速控制，高精确度位置控制(取决于编码器精度)，额定运行区域内，可。
伺服电机_百度百科
⑸同功率下有较小的体积和重量。
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，分别称为摪胧只瘮或抟旌鲜綌、撊只瘮理 历史 生活 社会 艺术 人物 经济 科学 体育 核心用户 NBA
伺服电机科技名词定义
中文名称：伺服电机 英文名称：servo motor
定义：转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压
以生产机床数控装置而著名的日本法那克（Fanuc）公司，在20世纪80年代中期也推出了S系列（13个规格）和L系列（5个规格）的永磁交流伺服电动机。L系列有较小的转动惯量和机械时间常数，适用于要求特别快速响应的位置伺服系统。
日本其他厂商，例如：三菱电动机（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、东芝精机（SM系列）、大隈铁工所(BL系列）、三洋电气（BL系列）、立石电机（S系列）等众多厂商也进入了永磁交流伺服系统的竞争行列。
六个系列。20世纪90年代先后推出了新的D系列和R系列。由旧系列矩形波驱动、8051单片机控制改为正弦波驱动、80C、154CPU和门阵列芯片控制，力矩波动由24％降低到7％，并提高了可靠性。这样，只用了几年时间形成了八个系列（功率范围为0.05～6kW）较完整的体系，满足了工作机械、搬运机构、焊接机械人、装配机器人、电子部件、加工机械、印刷机、高速卷绕机、绕线机等的不同需要。
第五章交流伺服电动机
圆形磁场
3.幅值相位控制（电容控制）
激磁回路串联电容后接到相位和幅值都不变的激磁电源， 当改变控制电压幅值时，由于激磁回路电流发生变化，使激 磁绕组及其串联电容上的电压分布发生变化，从而使控制电 压与激磁绕组上的电压间的相位角也发生变化。
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
n0 n s 100% 1000 975 100% 2.5% 1000 n0
交流伺服电动机的机械特性如图所示。 n
o
T 不同控制电压下的机械特性曲线 n=f(T), U1=常数
在励磁电压不变的情况下，随着控制电压的 下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时， 电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。
2.伺服电动机和伺服系统
2.4 交流伺服电机(AC Servo Motor)
结构特点和工作原理
交流伺服电机通常都是两相异步电机，在定子上有两个 空间相距90度的绕组，即控制绕组和励磁绕组。
f1
c1
c2
f2
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
2.伺服电动机和伺服系统
工作原理：
与普通两相异步电机的相似之处：在二相对称绕组中通入 两对称电流，就会在气隙中产生圆形旋转磁场，转子导体 切割磁场所感应的电流与气隙磁磁场相互作用就产生电磁 转矩。当改变其中一相电流的大小或相位时，气隙磁场就 发生变化，电磁转矩随之变化，电机转速必然跟着改变， 从而实现对转速的控制。 区别：由于伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件。 对其要求是：(1)转子速度的快慢能反应控制信号的强弱， 转动方向能反应控制信号的相位，调速范围要宽；（2） 无控制信号时，转子不能转动；（3）当电机转动起来以 后，如控制信号消失，应立即停止转动；（4）为减小体 积和重量，一般采用400、500 或1000Hz。
伺服电机、异步电机和同步电机的区别
一、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。
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第四章 数控机床的伺服系统
3）具有足够的传动刚性和高的速度稳定性 伺服系统在不同的负载情况下或切削条件发生变化时，也就是工件重量发 生变化或加工时吃刀深度发生变化时，伺服系统应使刀具进给速度保持恒定。 刚性良好的伺服系统系统，速度受负载力矩变化的影响很小。通常情况，数控 机床要求承受的额定力矩变化时，静态速降(静态速降指的是伺服系统带负载运 行时的转速和理想空载转速之差)应小于5％，动态速降(动态速降指伺服系统在 承受突加负载时因电机轴力矩与承受的突加负载不相适应而造成的短时速度陡 降超调现象)应小于10％。 4）快速响应无超调 数控机床在加工时，为了保证轮廓切削形状精度和提高零件表面光洁度， 对位置伺服系统既要求有较高的定位精度，还要求有良好的快速响应特性。这 就对伺服系统的动态性能提出两方面的要求：一方面，在伺服系统处于频繁地 启动、制动、加速、减速等动态过程中，为了提高生产效率和保证加工质量， 要求加速度、减速度足够大，以缩短过渡过程时间，一般电动机速度由零到最 大，或从最大减少到零，过渡时间应控制在200ms以下，甚至少于几十毫秒，而 且速度变化时不应有超调（超过给定速度值）；另一方面，当负载突变时，过 渡过程恢复时间要短且无振荡，这样才能得到光滑的加工表面。
第四章 数控机床的伺服系统
４.1.3 伺服系统的分类 1.按执行机构的控制方式分类 1)开环伺服系统 开环伺服系统没有检测反馈装置，数控装置发出的指令信号流程是单 向的，其精度主要决定于驱动元件和伺服电机的性能，开环伺服系统所用 的电动机主要是步进电动机。移动部件的速度与位移是由输入脉冲的频率 和脉冲数决定的，位移精度主要决定于该系统各有关零部件的精度。 开环控制的优点是：结构简单、系统稳定、容易调试、成本低廉等。 但是系统对移动部件的误差没有补偿和校正，所以精度低，位置精度通常 为±0.01～±0.02mm。一般适用于经济型数控机床。
第四章 数控机床的伺服系统
４.1.２ 数控机床对进给伺服系统的要求
数控机床进给伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的 效率及精度的高低。为此数控机床对进给伺服系统的位置控制、速 度控制、以及伺服电动机、机械传动等方面都有很高的求。具体 来说有这样一些要求： 1）可逆运行
在加工过程中，机床工作台根据加工轨迹的要求，随时都可能实现正向 或反向运动。从能量角度看，应该实现能量的可逆转换，即在加工运行时， 电动机从电网吸收能量变为机械能；在制动时应把电动机的机械惯性能量变 为电能回馈给电网，以实现快速制动。 2）速度范围宽 为适应不同的加工条件，数控机床要求进给能在很宽的范围内无级变化。 这就要求伺服电动机有很宽的调速范围和优异的调速特性。对一般数控机床 而言，进给速度范围在0～24m／min时，就可满足加工要求。
第四章 数控机床的伺服系统
４.1伺服驱动概述
伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。如 果说CNC装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”， 那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它 忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向， 进给速度与位移量。伺服系统接收来自数控装置的进给脉冲，经变换和 放大，再驱动数控机床各加工坐标轴运动。这些轴有的带动工作台，有 的直接带动刀架，通过几个坐标轴的综合联动，使刀具相对于工件产生 各种复杂的机械运动，从而加工出所要求的零件形状。
第四章 数控机床的伺服系统
2)闭环控制系统 闭环控制系统是指在机床的运动部件上安装位置测量装置，例如光栅、感 应同步器和磁栅等位置测量装置。在加工中，位置测量装置将测量到的工作台 实际位置反馈到数控装置中，与输入的指令位移相比较，用比较的差值控制移 动部件，直到差值为零，即实现移动部件的最终精确定位。从理论上讲，闭环 控制系统的控制精度主要取决于检测装置的精度，它完全可以消除由于传动部 件制造中存在的误差给工件加工带来的影响，所以这种控制系统可以得到很高 的加工精度。但是闭环控制系统的设计和调整都有较大的难度，它主要用于一 些精度要求很高的镗铣床、超精车床和加工中心上。
第四章 数控机床的伺服系统
5）高精度 要满足数控加工精度的要求，关键是保证数控机床的定位精度和进给跟 随精度。位置伺服系统的定位精度一般要求能达到1μm甚至0.1μm，相应地， 对伺服系统的分辨力也提出了要求，什么是伺服系统的分辨力呢？就是当伺 服系统接受数控装置送来的一个脉冲时，工作台相应移动的单位距离叫分辨 力，也称脉冲当量。系统分辨力取决于伺服系统稳定工作性能和所使用的位 置检测元件。目前的闭环伺服系统都能达到1μm的分辨力。高精度数控机床 可达到0.1μm的分辨力甚至更小。 6）低速大转矩 数控机床的切削加工一般在工作台低速时进行，所以低速时进给驱动要有 大的转矩输出，以满足低速进给切削的要求。
第四章 数控机床的伺服系统
教学内容： 1.数控机床伺服驱动概述 2.数控机床的进给驱动系统 2.1步进电机驱动系统 2.2直流伺服系统 2.3交流伺服系统 3.数控系统的主轴驱动系统 教学要求： 1.掌握数控机床驱动系统的构成和分类及要求 2.熟练掌握步进电机驱动系统、交流伺服系统 3.了解直流伺服系统 4.掌握数控机床主轴驱动系统，包括准停装置
第四章 数控机床的伺服系统
４.1.1伺服系统的组成
数控机床伺服系统一般由位置检测装置、位置控制模块、伺服 驱动装置、伺服电动机及机床进给传动链组成。
第四章 数控机床的伺服系统
闭环伺服系统的一般结构通常由位置环和速度环组成。速度环 速度控制单元是一个独立的单元部件，它由伺服电动机、伺服驱动 装置、测速装置及速度反馈组成；位置环由数控系统中的位置控制 模块、位置检测装置及位置反馈组成。 在伺服系统位置控制中，来自数控装置插补运算得到的位置指 令，与位置检测装置反馈来的机床坐标轴的实际位置相比较，形成 位置偏差，经变换为伺服装置提供控制电压，驱动工作台向误差减 小的方向移动。在速度控制中，伺服驱动装置根据速度给定电压和 速度检测装置反馈的实际转速对伺服电动机进行控制，以驱动机床 进给传动部件。