伺服电机知识培训(工程师培训)PPT
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伺服电机知识培训(工程师培训)
控制绕组
励磁绕组
电气原理图
3 旋转磁场作用下的运行分析
3.1旋转磁场的产生
同时，又假定通入励磁 绕组的电流Uf与通入控
ic Im sint
if Im sint 90
if Ic
制绕组的电流UC相位上
彼此相差900幅值彼此相
等，这样的两个电流称
为两相对称电流，用数
学式表示为
3.1旋转磁场的产生
相互作用产生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转轴形
成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的方向是一 致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电磁转矩作用下 顺着磁铁旋转的方向转动起来。
3 旋转磁场作用下的运行分析 3.1伺服电机旋转磁场的产生
为了分析方便，先假定 励磁绕组有效匝数Uf与 控制绕组有效匝数UC相 等。这种在空间上互差 900电角度，有效匝数又 相等的两个绕组称为对 称两相绕组。
培训资料
• 名称：伺服电机知识培训（工程师培训） • 所属班组：xx • 汇报人：xx
伺服电机知识培训
一.伺服电机基本知识
伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们
所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。
最常见的伺服是交流永磁同步伺服电机， 伺服电机内部 的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电在定子中形成 变化的电磁场，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）。最常见的是2500线标准编码器配置的伺 服电机。
表示的是一台两极的电机，即极对数P＝1。对两极电机而言，
电流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当
伺服电机教学PPT教学PPT学习教案
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伺服电动机—4.交流永磁伺服系统
交流永磁伺服系统的矢量控制
◎与系统中的电机相对应，永磁交流伺服系统可分为永磁方波交流伺服 系统和永磁正弦波交流伺服系统。 ◎作为伺服电动机，系统要求电机的电磁转矩与输入转矩指令信号必须 是线性关系，通过矢量控制可以得到交流永磁电机的这种线性关系数学 模型。 1）向量（矢量）控制实际上是对电动机定子电流向量相位和幅值的控制 。可采用的控制方法有多种，其中Id=0的控制最为简单，且调速性能好。 2）当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电机的转矩就取决于定 子电流的空间向量Is,而Is的大小和相位又取决于Id和iq，也就是说控制Id和 iq便可以控制电动机的转矩。一定的转速和转矩对应于一定的I'd和I'q，通 过这两个电流的控制，使实际的Id和iq跟踪指令值I'd和I'q ，便实现了电动 机的转矩和转速控制。
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伺服电动机—3.交流异步伺服电动机
控制方式
2）相位控制：保 持控制电压的幅值 不变，通过调节控 制电压的相位，即 改变控制电压相对 励磁电压的相位角 ，实现对电机的控 制。
第12页/共42页
伺服电动机—3.交流异步伺服电动机
控制方式
3）幅值-相位控制（或称电 容控制）：将励磁绕组串联 电容C后，接到励磁电源上 ，调节控制电压的幅值来改 变电动机的转速时，由于转 子绕组的耦合作用，励磁回 路中的电流If也发生变化， 使Uf及Uca也随之改变。也 就是说，控制电压Uc和Uf 的大小及它们之间的相位角 也都跟着改变。是一种较常 用的控制方式。
伺服电动机—3.交流异步伺服电动机
机械特性和调节特性
信号系数α=Uc/Uf=Uc/U1；从图中看出，幅值控制时异步伺服电动机的 机械特性是一组曲线。只有当有效信号系数αe=1,即圆形旋转磁场时，异 步伺服电动机的理想空载转速才是同步转速。当有效信号系数αe≠1，即 椭圆形旋转磁场时，电机的理想空载转速将低于同步转速。
伺服电动机—4.交流永磁伺服系统
交流永磁伺服系统的矢量控制
◎与系统中的电机相对应，永磁交流伺服系统可分为永磁方波交流伺服 系统和永磁正弦波交流伺服系统。 ◎作为伺服电动机，系统要求电机的电磁转矩与输入转矩指令信号必须 是线性关系，通过矢量控制可以得到交流永磁电机的这种线性关系数学 模型。 1）向量（矢量）控制实际上是对电动机定子电流向量相位和幅值的控制 。可采用的控制方法有多种，其中Id=0的控制最为简单，且调速性能好。 2）当永磁体的励磁磁链和直、交轴电感确定后，电机的转矩就取决于定 子电流的空间向量Is,而Is的大小和相位又取决于Id和iq，也就是说控制Id和 iq便可以控制电动机的转矩。一定的转速和转矩对应于一定的I'd和I'q，通 过这两个电流的控制，使实际的Id和iq跟踪指令值I'd和I'q ，便实现了电动 机的转矩和转速控制。
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伺服电动机—3.交流异步伺服电动机
控制方式
2）相位控制：保 持控制电压的幅值 不变，通过调节控 制电压的相位，即 改变控制电压相对 励磁电压的相位角 ，实现对电机的控 制。
第12页/共42页
伺服电动机—3.交流异步伺服电动机
控制方式
3）幅值-相位控制（或称电 容控制）：将励磁绕组串联 电容C后，接到励磁电源上 ，调节控制电压的幅值来改 变电动机的转速时，由于转 子绕组的耦合作用，励磁回 路中的电流If也发生变化， 使Uf及Uca也随之改变。也 就是说，控制电压Uc和Uf 的大小及它们之间的相位角 也都跟着改变。是一种较常 用的控制方式。
伺服电动机—3.交流异步伺服电动机
机械特性和调节特性
信号系数α=Uc/Uf=Uc/U1；从图中看出，幅值控制时异步伺服电动机的 机械特性是一组曲线。只有当有效信号系数αe=1,即圆形旋转磁场时，异 步伺服电动机的理想空载转速才是同步转速。当有效信号系数αe≠1，即 椭圆形旋转磁场时，电机的理想空载转速将低于同步转速。
伺服电动机PPT课件
23
伺服电动机
怎样消除“自转”现象？
.
24
伺服电动机
当控制电压UC=0，只有励磁电压Uf时， 在单个绕组中通入交流电流产生的单相脉 动磁场可分为两个大小相等、方向相反的 旋转磁场，正向旋转磁场对转子产生拖动 转矩T+，反向旋转磁场对转子产生制动转 矩T－。当增大转子电阻，使sm≥1时，其合 成转矩T在电动机工作状态时成为负值，即 当控制电压消失后，处于单相运行的电动 机由于电磁转矩为制动性质。当电动机正 转时失去控制电压，产生的总转矩T为负 （0＜s＜ 1）；而反转时失去控制电压，
变，能在宽广的范围内连续调节。
(2)转子的惯性小，即能实现迅速起动、停转。
(3)控制功率小，过载能力强，可靠性好。
(4)无“自转”现象，伺服电动机在控制电压消失后，
应立即停转；
.
8
伺服电动机
伺服电动机典型生产厂家 德国西门子，产品外形有：
伺服电机
伺服电机驱动器
.
9
伺服电动机
日本松下及安川，产品外形有：
控制电机主要用于自动控制系统和计算装置中，着重于特 性的精度和对控制信号的快速响应等。
普通电机主要用于电力拖动系统中，用来完成机电能量的 转换，着重于启动和运转状态能力指标的要求。
.
3
伺服电动机
控制电机的特点
1.控制电机在自动控制系统和计算装置中作为执行元件、 检测元件和解算元件。
2.控制电机的输出功率较小，一般从数百豪瓦到数百瓦。
控制电机的应用
控制电机在现代工业自动控制系统、现代科学技术和军事 装备中是必不可少的重要设备。如在数控机床、火炮和雷达的 自动定位、飞机的自动驾驶以及医疗等方面都有广泛的应用。
伺服系统专业知识讲座培训课件
1）进给伺服系统的调速要求 数控机床中，进给伺服系统的调速范围与伺服系统的
分辨率有关。 一般的调速范围要求在脉冲当量为0.001mm时达到0～
24000mm/min。
进给伺服系统的调速可分为以下几种： ①在1-24000mm/min范围，要求速度均匀、稳定、无爬行、
速降小。 ②在1mm/min以下时，具有一定的瞬时速度，而平均速度很
这一方面要求过渡过程时间要短，一般在200ms以内，甚 至小于几十毫秒；另一方面要求超调要小。
（4）调速范围宽
调速范围RN指生产机械要求电机能提供的最高转速nmax 和最低转速nmin之比：
RN
nmax nmin
通常，nmax和nmin一般对指额定负载时的转速，对于少 数负载很轻的机械，也可以是实际负载的转速。
例：一个三相步进电机（A、B、C三相绕组） 通电顺序为：A → AB → B → BC → C → CA → ……，
逆时针旋转。 通电顺序为：A → CA → C → BC → B → AB → ……，
顺时针旋转。
上述通电方式也称为三相单双六拍通电方式。其步距角减 少一半。
4.2.3 步进电机的主要特性参数
测量及反馈
系统的误差补偿，可获得很高的位置控制
伺服系统专业精知度识讲，座培系训统课件的稳定性易得到保证。
4.1 概述
4.1.4、数控机床伺服系统的分类
☆全闭环控制系统
x
伺服 伺服
CNC 驱动 电机
n
转速n测
量及反馈
直线位移x测量及反馈
位置检测装置安装在工作台上，直接反映工作台的直线 位移，位置控制精度比半闭环高，控制原理同半闭环。 由于受导轨摩擦系数、传动的润滑状况，传动间隙大小 等因素的影响，系统的稳定性不如半闭环。
Adtech伺服培训课件
编码器分辨率(F) 每转脉冲数(f) 脉冲当量(p)
上位机发出一个脉冲时，丝杠移动的直线距离，也是上位机 所能控制的最小距离。
螺距(d)
螺纹上相邻两牙对应点之间的轴向距离。
让我们再来了解一下驱动器的工作流程 刚性的调整
位置指令脉冲
位置环
电 流 反 馈
参数保存
按“Enter”键三秒钟，参数将写入 在显示“参数”状态，按“Mode” 内部EEPROM中，写入完后显示 键进入“参数写入”状态 “END”
参数设置流程
进入“参数”状态
三相AC220V
建议使用隔离变压器
QS6AA015M/030M/050M CN1信号接线图
QS6AA050M3 CN3信号接线
输入输出接口说明
开关量SRDY、ALM、BRAKE、COIN、OZ输出接口 开关量EN、MODE、INTH、CW、CCW输入接口
1）外部电源由用户提供，但是必需注意，如果电源的极性接反，会使伺服驱 动器损坏。 2）输出为集电极开路形式，OZ、SRDY、COIN和ALM信号最大电流为20mA， BRAKE信号最大电流为50mA，所以BRAKE可以直接驱动继电器，而OZ、SRDY、 COIN和ALM信号不能驱动继电器；外部电源最大电压25V。因此，开关量输出 信号的负载必须满足这个限定要求。如果超过限定要求或输出直接与电源连 接，会使伺服驱动器损坏。 1）、由用户提供外部电源，DC12～24V，电流≥100mA。 3）如果负载是继电器等电感性负载，必须在负载两端反并联续流二极管。如 2）、注意，如果电流极性接反，会使伺服驱动器不能正常工作。 果续流二极管接反，会使伺服驱动器损坏。
交流伺服电机的机械特性及控制方式PPT
互作用产生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转
轴形成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的 方向是一致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电 磁转矩作用下顺着磁铁旋转的方向转动起来。
励磁绕组 控制绕组
电气原理图
ic I m sin t
if I m sin t 90
if Ic
南京埃斯顿 太仓东元
国内重要伺服系统生产企业
5、卧龙电气集团股份有限公司 公司，前身是成立于1995年的浙江 卧龙集团电机工业有限公司。1998 年变更设立为浙江卧龙电机股份有 限公司。
6、北京和利时电机技术有限公 司，位于江苏省苏州市太仓市浏河 镇闸南工业区。
卧龙电气
北京和利时
国外重要伺服系统生产企业 产品进入我国市场的国外重要伺服系统生产企业有：
(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。
1.4 伺服电机在自控制系统中的典型应用
其它场合的应用
国内重要伺服系统生产企业
1、广州数控设备有限公司公司，创 建于1991年，位于广州市罗冲围螺涌北 路一街7号。
C B
A
伺服电动机的机械特性
设电机的负载阻转矩为TL，控制电压 0.25UC时,电机在特性点A运行，转速为na，这 时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡。当 控制电压升高到0.5UC时，电机产生的转矩就 随之增加C，由于电机的转子及其负载存在着 惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要瞬 时地在特性点C运行，这时电机产生的转矩大 于负载阻转矩，电机就加速，一直增加到nb， 电机就在B点运行。
德国西门子伺服电机 安川伺服电机驱动器
轴形成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的 方向是一致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电 磁转矩作用下顺着磁铁旋转的方向转动起来。
励磁绕组 控制绕组
电气原理图
ic I m sin t
if I m sin t 90
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南京埃斯顿 太仓东元
国内重要伺服系统生产企业
5、卧龙电气集团股份有限公司 公司，前身是成立于1995年的浙江 卧龙集团电机工业有限公司。1998 年变更设立为浙江卧龙电机股份有 限公司。
6、北京和利时电机技术有限公 司，位于江苏省苏州市太仓市浏河 镇闸南工业区。
卧龙电气
北京和利时
国外重要伺服系统生产企业 产品进入我国市场的国外重要伺服系统生产企业有：
(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。
1.4 伺服电机在自控制系统中的典型应用
其它场合的应用
国内重要伺服系统生产企业
1、广州数控设备有限公司公司，创 建于1991年，位于广州市罗冲围螺涌北 路一街7号。
C B
A
伺服电动机的机械特性
设电机的负载阻转矩为TL，控制电压 0.25UC时,电机在特性点A运行，转速为na，这 时电机产生的转矩与负载阻转矩相平衡。当 控制电压升高到0.5UC时，电机产生的转矩就 随之增加C，由于电机的转子及其负载存在着 惯性，转速不能瞬时改变，因此电机就要瞬 时地在特性点C运行，这时电机产生的转矩大 于负载阻转矩，电机就加速，一直增加到nb， 电机就在B点运行。
德国西门子伺服电机 安川伺服电机驱动器
伺服电机培训课件(PPT 39张)
Pr1.09第二转矩滤波 ↓
3.转矩控制的基本参数调节
参数号 Pr0.01 Pr3.18 Pr3.19 Pr3.20 Pr0.11 Pr3.21
参考值 2 用户指定 用户指定 用户指定 用户指定 用户设置
备注 控制方式选择，固定为“2” 转矩指令选择 转矩指令增益，单位 （×0.1V/100%） 电机旋转逻辑取反， 反馈脉冲数 转矩模式速度限制
速度前馈(speed feedforward)的效果：速度(speed)观测
【实时自动调整流程图】
实行实时自动调整的情况下， 右图表示调整流量。 是 运转是否 实时自动调整这一功能，可 结束 正常？ 以进行自动增益切换，自动 设定位置环路增益，速度环 路增益，速度环路积分时间 分析频率（FFT） 把握共振特性 常数、速度观测滤波器、转 矩滤波器、前馈速度，惯量 比等个调整参数，不能更改 ①把握速度环增益的范围 。 ②把握共振点,根据需要使用 按照操作手册进行调整时， 陷波滤波器 需要设定实时自动调整功能 为无效。 出现共振现象时 要求更短的整定时间时
举一个简单例子：有一台机械，是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速 度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性，分 析其动作过程： 当驱动器将电流送到电机时，电机立即产生扭矩；一开始，由于V形带 会有弹性，负载不会加速到象电机那样快；伺服电机会比负载提前到达设 定的速度，此时装在电机上的偏码器会削弱电流，继而削弱扭矩； 随着V 型带张力的不断增加会使电机速度变慢，此时驱动器又会去增加电流，周 而复始。 在此例中，系统是振荡的，电机扭矩是波动的，负载速度也随之波动。其 结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过，这都不是由伺服电机引起的， 这种噪声和不稳定性，是来源于机械传动装置，是由于伺服系统反应速度 (高)与机械传递或者反应时间（较长）不相匹配而引起的，即伺服电机响 应快于系统调整新的扭矩所需的时间。 找到了问题根源所在，再来解决当然就容易多了，针对以上例子，您可以： （1）增加机械刚性和降低系统的惯性，减少机械传动部位的响应时间， 如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带。（2）降低伺服系 统的响应速度，减少伺服系统的控制带宽，如降低伺服系统的增益参数值。 （3）设置滤波器，陷波等。
伺服系统培训课件
伺服系统培训课件
第三节 位置检测装置
伺服系统培训课件
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置的维护 1.光栅 • 透射光栅与反射光栅 • 光栅输出信号：二个相位和一个零标志 • 维护注意点
防污（冷却液轻微结晶、水雾、通入低压 压缩空气、无水酒精轻檫） 防振（不能敲击避免光学元件损坏）
伺服系统培训课件
第一节 主轴驱动系统 • 一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒
功率范围宽 • 伺服主轴要求：有进给控制和位置控制 • 主轴变速形式：电动机带齿轮换档（降速、
增大传动比、增大主轴转矩）；电动机通 过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机 械传动简单）
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
一、常用主轴驱动系统介绍 • FANUC公司主轴驱动系统
• 主轴电动机不转：CNC是否有速度信号输
出；使能信号是否接通、CTR观察I/O状态、
分析PLC梯形图以确定主轴的启动条件
（润滑、冷却）；主轴驱动故障；主轴电
机故障
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
三、主轴直流驱动的故障诊断 1.控制电路
控制回路采用电流反馈和速度反馈的双闭 环调速系统，内环是电流环，外环是速度 环。 调速特点是速度环的输出是电流环的输入， 可以根据速度指令电压和转速反馈电压的 差值及时控制电动机的转矩。在速度差值 大时，转矩大，速度变化快，转速尽快达 到给定值，当转速伺服接系统近培训课给件 定值时，转矩自
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
四、主轴交流驱动的故障诊断 （一）6SC650系列主轴交流驱动系统 1.驱动装置的组成（原理图）
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
• 1.驱动装置的组成（主轴驱动系统）
第三节 位置检测装置
伺服系统培训课件
第三节 位置检测装置
一、位置检测装置的维护 1.光栅 • 透射光栅与反射光栅 • 光栅输出信号：二个相位和一个零标志 • 维护注意点
防污（冷却液轻微结晶、水雾、通入低压 压缩空气、无水酒精轻檫） 防振（不能敲击避免光学元件损坏）
伺服系统培训课件
第一节 主轴驱动系统 • 一般主轴要求：速度大范围连续可调、恒
功率范围宽 • 伺服主轴要求：有进给控制和位置控制 • 主轴变速形式：电动机带齿轮换档（降速、
增大传动比、增大主轴转矩）；电动机通 过同步齿带或皮带驱动主轴（恒功率、机 械传动简单）
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
一、常用主轴驱动系统介绍 • FANUC公司主轴驱动系统
• 主轴电动机不转：CNC是否有速度信号输
出；使能信号是否接通、CTR观察I/O状态、
分析PLC梯形图以确定主轴的启动条件
（润滑、冷却）；主轴驱动故障；主轴电
机故障
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
三、主轴直流驱动的故障诊断 1.控制电路
控制回路采用电流反馈和速度反馈的双闭 环调速系统，内环是电流环，外环是速度 环。 调速特点是速度环的输出是电流环的输入， 可以根据速度指令电压和转速反馈电压的 差值及时控制电动机的转矩。在速度差值 大时，转矩大，速度变化快，转速尽快达 到给定值，当转速伺服接系统近培训课给件 定值时，转矩自
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
四、主轴交流驱动的故障诊断 （一）6SC650系列主轴交流驱动系统 1.驱动装置的组成（原理图）
伺服系统培训课件
第六章 伺服系统故障诊断
• 1.驱动装置的组成（主轴驱动系统）
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• 目前电机控制，主要是基于芯片控制、高速传输 技术为基础的反馈控制系统。
• 电机控制技术，已经逐步实现直驱控制。像安川 已经推出配套驱动器的直驱电机。
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。
信号时的机械特性，所谓零信号，就是控制电压UC＝0，这时 磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、转向相反的两个圆
形旋转磁场，其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁N—S 和N—S在空间以相反方向旋转。
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
控制绕组 励磁绕组
UF1
UC1
UC2
UF2
当两相对称电流通入两相对称绕组时，在电机内就产生一个旋 转磁场。当电流变化一个周期时，旋转磁场在空间转了一圈。
励磁绕组 控制绕组
励磁绕组 控制绕组
旋转磁场的转速决定于定子绕组极对数和电源的频率。图所表
示的是一台两极的电机，即极对数P＝1。对两极电机而言，电
1 2
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4
1
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2、 转子
(1) 转子 铁芯槽内放铜条,端
部用短路环形成一体, 或铸铝形成转子绕组。
转 定子 子
壳体
笼型转子
铸铝的笼型转子
(2) 杯 转子纲
薄壁园筒形，放于内外定 子之间。一般壁厚为0.3mm
转 定子 子
壳体
杯型转子
2.2 转动原理
2.2 转动原理
2.2 转动原理
当磁铁旋转时，在空间形成一个旋转磁场。假设永久磁铁是 顺时纠方向以n0的转速旋转，那末它的磁力线也就以顺时针方向 切割转子导条，在转子导条中就产生感应电势。根据右手定则， N极下导条的感应电势方向垂直地从纸面出来。而S极下导条的 感应电势方向垂直地进入纸面。由于鼠笼转子的导条都是通过 短路环连接起来的，因此在感应电势的作用下，在转子导条中 就会有电流流过，电流有功分量的方向和感应电势方向相同。 再根据通电导体在磁场中受力原理，转子载流导条又要与磁场
(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。
驱动器
交流伺服 电机器
交流伺服电机系统
伺服电机主要构成
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。
流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当
电源频率f＝400 Hs，即每秒变化400个周期时，磁场每秒应当
转400圈，故对两极电机，即P＝1而言，旋转磁场转速为
n0= 24000 r／min
旋转磁场转速为的一般表达式为
n0
f (r / s) 60 f
p
p
(r / min)
对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，这就是零
培训资料
• 名称：伺服电机知识培训（工程师培训） • 所属班组：xx • 汇报人：xx
伺服电机知识培训
一.伺服电机基本知识
伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们 所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。
最常见的伺服是交流永磁同步伺服电机， 伺服电机内部 的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电在定子中形成 变化的电磁场，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）。最常见的是2500线标准编码器配置的伺 服电机。
1、交流伺服电动机 2、直流伺服电动机
同步伺服 异步伺服
伺服电机知识点概述
• 电机制造是一个传统行业，已经存在100余年。 • 电机的控制技术，是除了气缸控制技术外，比较
难的技术；特别是大家之前经常提到的“矢量控 制技术”。
• 电机控制技术的难点，交流电机模型特点是高阶、 非线性、强耦合的多变量系统；
相互作用产生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转轴形
成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的方向是一 致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电磁转矩作用下 顺着磁铁旋转的方向转动起来。
励磁绕组 控制绕组
电气原理图
ic I m sin t
if I m sin t 90
if ห้องสมุดไป่ตู้c
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。分为直流和交流伺服电动机两大类。
在交流伺服系统中，电动机的类型有永磁同步交流伺服 电机(PMSM)和感应异步交流伺服电机(IM)，其中，永
磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范 围宽广、动态特性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。而 异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，但是在特性上和 效率上存在差距，只在大功率场合得到重视。 交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、 动态响应和运行稳定性等方面来衡量。中低档的伺服系统调速范围在 1:1000以上，一般的在1:5000～1:10000，高性能的可以达到1:100000 以上；定位精度一般都要达到±1个脉冲，稳速精度，尤其是低速下的 稳速精度比如给定1rpm时，一般的在±0.1rpm以内，高性能的可以达 到±0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频 率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后 不超过90°或者幅值不小于50％。应用在特定要求高的一些场合，如 伺服电机MR－J3系列的响应频率可达900Hz，目前国内主流产品的频率 在200～500Hz。运行稳定性方面，主要是指系统在电压波动、负载波 动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他 特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。
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。
C
A
B
伺服电动机的机械特性
结论：改变控制电压的大 小，就实现了转速的控制
• 电机控制技术，已经逐步实现直驱控制。像安川 已经推出配套驱动器的直驱电机。
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。
信号时的机械特性，所谓零信号，就是控制电压UC＝0，这时 磁场是脉振磁场，它可以分解为幅值相等、转向相反的两个圆
形旋转磁场，其作用可以想象为有两对相同大小的磁铁N—S 和N—S在空间以相反方向旋转。
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
控制绕组 励磁绕组
UF1
UC1
UC2
UF2
当两相对称电流通入两相对称绕组时，在电机内就产生一个旋 转磁场。当电流变化一个周期时，旋转磁场在空间转了一圈。
励磁绕组 控制绕组
励磁绕组 控制绕组
旋转磁场的转速决定于定子绕组极对数和电源的频率。图所表
示的是一台两极的电机，即极对数P＝1。对两极电机而言，电
1 2
3
4
1
56
7
8
9
2、 转子
(1) 转子 铁芯槽内放铜条,端
部用短路环形成一体, 或铸铝形成转子绕组。
转 定子 子
壳体
笼型转子
铸铝的笼型转子
(2) 杯 转子纲
薄壁园筒形，放于内外定 子之间。一般壁厚为0.3mm
转 定子 子
壳体
杯型转子
2.2 转动原理
2.2 转动原理
2.2 转动原理
当磁铁旋转时，在空间形成一个旋转磁场。假设永久磁铁是 顺时纠方向以n0的转速旋转，那末它的磁力线也就以顺时针方向 切割转子导条，在转子导条中就产生感应电势。根据右手定则， N极下导条的感应电势方向垂直地从纸面出来。而S极下导条的 感应电势方向垂直地进入纸面。由于鼠笼转子的导条都是通过 短路环连接起来的，因此在感应电势的作用下，在转子导条中 就会有电流流过，电流有功分量的方向和感应电势方向相同。 再根据通电导体在磁场中受力原理，转子载流导条又要与磁场
(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。
驱动器
交流伺服 电机器
交流伺服电机系统
伺服电机主要构成
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。
流每变化一个周期，磁场旋转一圈，因而当
电源频率f＝400 Hs，即每秒变化400个周期时，磁场每秒应当
转400圈，故对两极电机，即P＝1而言，旋转磁场转速为
n0= 24000 r／min
旋转磁场转速为的一般表达式为
n0
f (r / s) 60 f
p
p
(r / min)
对于伺服电动机，还有一条很重要的机械特性，这就是零
培训资料
• 名称：伺服电机知识培训（工程师培训） • 所属班组：xx • 汇报人：xx
伺服电机知识培训
一.伺服电机基本知识
伺服来自英文单词Servo，指系统跟随外部指令进行人们 所期望的运动，运动要素包括位置、速度和力矩。
最常见的伺服是交流永磁同步伺服电机， 伺服电机内部 的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电在定子中形成 变化的电磁场，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）。最常见的是2500线标准编码器配置的伺 服电机。
1、交流伺服电动机 2、直流伺服电动机
同步伺服 异步伺服
伺服电机知识点概述
• 电机制造是一个传统行业，已经存在100余年。 • 电机的控制技术，是除了气缸控制技术外，比较
难的技术；特别是大家之前经常提到的“矢量控 制技术”。
• 电机控制技术的难点，交流电机模型特点是高阶、 非线性、强耦合的多变量系统；
相互作用产生电磁力，这个电磁力F作用在转子上，并对转轴形
成电磁转矩。根据左手定则，转矩方向与磁铁转动的方向是一 致的，也是顺时针方向。因此，鼠笼转子便在电磁转矩作用下 顺着磁铁旋转的方向转动起来。
励磁绕组 控制绕组
电气原理图
ic I m sin t
if I m sin t 90
if ห้องสมุดไป่ตู้c
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。分为直流和交流伺服电动机两大类。
在交流伺服系统中，电动机的类型有永磁同步交流伺服 电机(PMSM)和感应异步交流伺服电机(IM)，其中，永
磁同步电机具备十分优良的低速性能、可以实现弱磁高速控制，调速范 围宽广、动态特性和效率都很高，已经成为伺服系统的主流之选。而 异步伺服电机虽然结构坚固、制造简单、价格低廉，但是在特性上和 效率上存在差距，只在大功率场合得到重视。 交流伺服系统的性能指标可以从调速范围、定位精度、稳速精度、 动态响应和运行稳定性等方面来衡量。中低档的伺服系统调速范围在 1:1000以上，一般的在1:5000～1:10000，高性能的可以达到1:100000 以上；定位精度一般都要达到±1个脉冲，稳速精度，尤其是低速下的 稳速精度比如给定1rpm时，一般的在±0.1rpm以内，高性能的可以达 到±0.01rpm以内；动态响应方面，通常衡量的指标是系统最高响应频 率，即给定最高频率的正弦速度指令，系统输出速度波形的相位滞后 不超过90°或者幅值不小于50％。应用在特定要求高的一些场合，如 伺服电机MR－J3系列的响应频率可达900Hz，目前国内主流产品的频率 在200～500Hz。运行稳定性方面，主要是指系统在电压波动、负载波 动、电机参数变化、上位控制器输出特性变化、电磁干扰、以及其他 特殊运行条件下，维持稳定运行并保证一定的性能指标的能力。
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。
C
A
B
伺服电动机的机械特性
结论：改变控制电压的大 小，就实现了转速的控制