伺服电机技术及其应用 ppt课件
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伺服系统与变频器应用技术ppt课件
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2.1 直流伺服电动机
2.1.3 类型及选用
1．直流伺服电动机的类型
直流伺服电动机的分类可按励磁方式、转子转动惯量的大小和电枢的结构与形状等分成多种类型。 1. 按电枢的结构与形状分
直流伺服电动机按电枢的结构与形状又可分为平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢型等类型。 平滑电枢型的电枢无槽，其绕组用环氧树脂粘固在电枢铁心上，因而转子形状细长，转动惯量小。 空心电枢型的电枢无铁心，且常做成杯形，其转子转动惯量最小。 有槽电枢型的电枢与普通直流电动机的电枢相同，因而转子转动惯量较大。
Tm3 > Tm2 > 0 图2-4 直流伺服电动机的调节特性
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3.1 直流伺服电动机
3.1.2 主要特性
1．运行特性——调节特性
由图2-4可见：
① 直流伺服电动机的调节特性曲线一组斜率相同的直线簇，每条调节 特性和一种电磁转矩Tm相对应，且随着Tm增大，平行地向电枢电压 增加的方向移动。
2.2.2 双闭环调速系统
2.系统特性——动态特性 （1）动态跟随性能 由于直流伺服电机在起动过程中转速调节器ASR经历了不饱 和、饱和、退饱和三种情况，整个动态过程就分成图2-10中标 明的I、II、III三个阶段。 由上述可以看出，双闭环直流调速系统在起动和升速过程中 ，能够在最大转矩下，表现出很快的动态转速跟随性能。在减速 和制动过程中，由于主电路电流的不可逆性，跟随性能变差。
比大、稳定性好等优点。由于功率的限制，目前主要应用在办公自动化、家用电气、仪器仪表等领域。 2. 按转子转动惯量的大小分
直流伺服电动机按转子转动惯量的大小可分成大惯量、中惯量和小惯量三种。 大惯量直流伺服电动机（又称直流力矩伺服电动机）负载能力强，易于与机械系统匹配。 小惯量直流伺服电动机的加减速能力强、响应速度快、动态特性好。
伺服电动机PPT课件
2）磁场控制：通过改变励磁电压大小和方向来改变直 流伺服电动机的转速和转向。（信号加在励磁绕组两端）
采用电枢控制时，其机械特性方程为：
n=
Uc Ce
Ra CeCt 2
T
励磁绕组接与恒压直流电 源Uf上，流过恒定励磁电 流If，产生恒定磁通Φ，将 控制电压Uc加在电枢绕组 上来控制电枢电流Ic，进 而控制电磁转矩T杯型转子
2.工作原理
工作时，在励磁绕组上加单相交流
电Uf，在控制绕组上加控制信号电压 Uc，二者同频率，由于电流If和Ic在相 位上相差90°，它们产生的磁通Φf和 Φc在相位上也相差90°，于是在空间 产生一个两相旋转磁场。此时交流伺
服电动机的转子向某一个方向旋转。
当控制信号电压为零时，如果转子是
“伺服”的含义 Servomechanism “伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思。
伺服电机（servo motor ）又称执行电动机，在自动控 制系统中，它的转矩和转速受信号电压控制。当信号电压 的大小和相位发生变化时，电动机的转速和转动方向将非 常灵敏和准确地跟着变化。当信号消失时，转子能及时地 停转。
(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；
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
日本松下及安川，产品外形有：
松下交流伺服电机及驱动器
安川伺服电机驱动器
驱动器
复习
1．熟悉交流伺服电动机的结构、原理和特点。 2. 熟悉直流伺服电动机的结构、原理和特点。 3．掌握伺服电动机的维护方法。 4．了解伺服驱动器。
采用电枢控制时，其机械特性方程为：
n=
Uc Ce
Ra CeCt 2
T
励磁绕组接与恒压直流电 源Uf上，流过恒定励磁电 流If，产生恒定磁通Φ，将 控制电压Uc加在电枢绕组 上来控制电枢电流Ic，进 而控制电磁转矩T杯型转子
2.工作原理
工作时，在励磁绕组上加单相交流
电Uf，在控制绕组上加控制信号电压 Uc，二者同频率，由于电流If和Ic在相 位上相差90°，它们产生的磁通Φf和 Φc在相位上也相差90°，于是在空间 产生一个两相旋转磁场。此时交流伺
服电动机的转子向某一个方向旋转。
当控制信号电压为零时，如果转子是
“伺服”的含义 Servomechanism “伺服”—词源于希腊语“奴隶”的意思。
伺服电机（servo motor ）又称执行电动机，在自动控 制系统中，它的转矩和转速受信号电压控制。当信号电压 的大小和相位发生变化时，电动机的转速和转动方向将非 常灵敏和准确地跟着变化。当信号消失时，转子能及时地 停转。
(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；
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
日本松下及安川，产品外形有：
松下交流伺服电机及驱动器
安川伺服电机驱动器
驱动器
复习
1．熟悉交流伺服电动机的结构、原理和特点。 2. 熟悉直流伺服电动机的结构、原理和特点。 3．掌握伺服电动机的维护方法。 4．了解伺服驱动器。
《伺服电机精讲》课件
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按照功率分类：大功率伺服电机、 小功率伺服电机
按照用途分类：通用伺服电机、 专用伺服电机
应用领域概述
工业自动化：用 于控制机械设备
的运动和位置
机器人技术：用 于控制机器人的
运动和位置
数控机床：用于 控制机床的加工
精度和速度
医疗设备：用于 控制医疗设备的
运动和位置
航空航天：用于 控制航天器的运
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伺服电机的未来发展
伺服电机的发展趋势
智能化：通过人工智能技术实现伺服电机的自动控制和优化 节能化：提高伺服电机的能效比，降低能耗 微型化：减小伺服电机的体积和重量，提高其便携性和灵活性 集成化：将伺服电机与其他设备集成，提高系统的整体性能和可靠性
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
伺服电机的新技术发展
智能化：通过人 工智能技术实现 伺服电机的自动 控制和优化
转速范围：确定电机的转速范围，如低速、 中速、高速等
控制方式：确定电机的控制方式，如开环、 闭环、半闭环等
精度要求：确定电机的精度要求，如位置、 速度、力矩等
环境条件：考虑电机的工作环境，如温度、 湿度、振动等
成本预算：考虑电机的成本预算，选择合 适的品牌和型号
伺服电机的安装与调试
安装步骤：检查电机、安装底座、固定螺丝、连接电缆等 调试步骤：检查电机、设置参数、测试运行、调整参数等 注意事项：确保电机安装牢固、电缆连接正确、参数设置合理等 常见问题：电机无法启动、运行不稳定、噪音过大等及解决方法
伺服电机的维护与保养
清洁保养：定期清洁电机， 保持清洁，避免灰尘、油污 等影响电机性能
定期检查：检查电机的运行 状态，如温度、振动、噪音 等
伺服电动机PPT课件
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伺服电动机
怎样消除“自转”现象？
.
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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；
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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
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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。
.
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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。
伺服电机及其控制原理-PPT
开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
指令脉冲
脉冲马达
１脉冲 ＝ １步进角
例 步进角 ０.３６°的情况 １脉冲 → ０.３６°的动作
１０００脉冲 → ３６０°（１圈）
开环伺服控制回路
位置控制 控制器 （ＮＣ装置）
步进 驱动器
步进马达
位置 ＝ 脉冲数 速度 ＝ 脉冲频率
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问题8：伺服电机过热（电机烧毁）。
原因：1、负载惯性（负荷）太大，增大电机和控制器 的容量；2、设备（机械）松动、脱落，重新确认设备 （机械）各部件；3、与驱动器接线错误，确认电机和 控制器名牌，根据说明书检查是否接线错误。4、电机 轴承故障。5、电机故障（接地、缺相等）
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3.1 伺服控制器概述
伺服驱动器（servo drives） 又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”，是 用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似 于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统 的一部分，主要应用于高精度的定位系统。
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伺服控制器的作用
1、按照定位指令装置输出的脉冲串，对工件进行定位控制。 2、伺服电机锁定功能：当偏差计数器的输出为零时，如果有外力
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需要我们注意的是： 伺服电机实际使用当中，必须了解电
机的型号规格，确认好电机编码器的分 辨率，才能选择合适的伺服控制器。
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松下伺服电机常见故障分析
问题1：对伺服电机进行机械安装时，应该 注意什么问题？
由于每台伺服电机都带有编码器，它是一个十分容易碎 的精密光学器件，过大的冲击力会使其破坏。因而在安 装的过程中要避免对编码器使用过大的冲击力。
开环伺服系统结构简图
数控装置发出脉冲指令，经过脉冲分配和功 率放大后，驱动步进电机和传动件的累积误 差。因此，开环伺服系统的精度低，一般可 达到0.01mm左右，且速度也有一定的限制。
精密伺服电机的原理与应用.ppt
伺服系统的种类
通常根据伺服驱动机的种类来分类，有电 气式、油压式或电气—油压式三种。 伺服系统若按功能来分，则有计量伺服和功率 伺服系统;模拟伺服和功率伺服系统;位置伺服和 加速度伺服系统等。 电气式伺服系统根据电气信号可分为DC直 流伺服系统和AC交流伺服系统二大类。AC交 流伺服系统又有异步电机伺服系统和同步电机 伺服系统两种。
现以驱动电源分类讲解 伺服电机: 伺服电机:
1. 直流伺服电机 2. 交流伺服电机 主要讲解直流伺服电机
有刷直流伺服电机
1.直流伺服电机 直流伺服电机
无刷直流伺服电机
1.1 有刷直流伺服电机： 有刷直流伺服电机： A. 结构 结构: 普通有刷直流电机+位置检测系统 光电编码器 普通有刷直流电机 位置检测系统(光电编码器 位置检测系统 光电编码器)
第一部分. 第一部分.伺服系统慨念
“伺服”—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。
伺服系统是一个闭环的控制系统, 伺服系统是一个闭环的控制系统,它主 由控制元件,执行元件和反馈网络构成. 由控制元件,执行元件和反馈网络构成.
转子的类型
伺服电机的转子有两类, 一类是空心杯转子, 另一类是嵌线圈转子. 伺服电机的转子有两类 一类是空心杯转子 另一类是嵌线圈转子 空心杯转子的优点是: 空心杯转子的优点是 1. 便于电机的启动和制动 启动速度快 制动容易 便于电机的启动和制动, 启动速度快, 制动容易. 2. 启动和空载电流小 启动和空载电流小. 3. 对驱动回路的冲击小 对驱动回路的冲击小.
伺服电动机应用举例课件
伺服电动机在汽车领域中的应用案例
01
02
03
04
在汽车制造中，伺服电动机广 泛应用于冲压机、焊接机、涂
装机等设备中。
例如，在冲压机中，伺服电动 机可以控制冲压机的运动速度 和冲压力，保证冲压的质量和
精度。
在焊接机中，伺服电动机可以 控制焊接机的运动轨迹和焊接 电流，实现高效、高质量的焊
接。
在涂装机中，伺服电动机可以 控制涂装机的工作台和涂料泵 的运动，保证涂料的均匀喷涂。
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航天中的用
航空航天概述
航空航天领域的发展 历程
航空航天领域的最新 技术成果和应用
航空航天领域的主要 任务和目标
伺服电动机在航空航天中的重要性
伺服电动机的定义和分类 伺服电动机在航空航天中的特点和优势
伺服电动机在航空航天中的重要性和必要性
伺服电动机在航空航天中的应用案例
案例一：飞机起飞和降落控制系统中伺服电动机的应用 系统组成和工作原理
伺服机在他
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域的用
医疗器械
01
02
Hale Waihona Puke 03电动轮椅伺服电动机可以精准控制 电动轮椅的移动速度和方 向，提高使用者的生活质 量。
假肢
伺服电动机能够辅助截肢 者更好地控制假肢的移动， 提高生活自理能力。
呼吸机
伺服电动机在呼吸机中起 到关键作用，能够精确控 制呼吸频率和吸气/呼气比 例，提高治疗效果。
食品加工
故障诊断和预测
通过智能化技术对伺服电动机的 运行状态进行监测和分析，实现 故障的早期诊断和预测，为预防
性维护提供支持。
伺服电动机在其他新兴领域的应用前景
新能源汽车领域
随着新能源汽车的快速 发展，伺服电动机在驱 动控制系统中的应用前 景广阔，可提高车辆的 能效和性能。
伺服系统及变频器应用技术第一章PPT课件
➢永磁直流伺服电动机（大惯量宽调速直流伺服电动机）
永磁直流伺服电动机的缺点是有电刷，限制了转速的提高，而且结构复
杂、价格较贵。
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（1） 直流伺服系统
直流伺服系统适用的功率范围很宽，包括从几十瓦到几十千瓦的控制 对象。直流电动机的输出力矩同加于电枢的电流和由激磁电流产生的磁通 有关，通过改变电枢电流或激磁电流，可对直流电动机的力矩进行控制。
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第一单元 机电伺服系统概述（1）
机电伺服系统 的概念
机电伺服系统 的类型
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结束语
当你尽了自己的最大努力 时，失败也是伟大的，所 以不要放弃，坚持就是正 确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
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图2-3 半闭环系统原理图
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（2）半闭环伺服系统
主要特点：
较稳定的控制特性 介于闭环伺服系统和开环伺服系统之间的定位精度 系统稳定性较好 调试较容易 价格低廉
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（3）闭环伺服系统
闭环伺服系统带有检测装置，可以直接对工作台的位移量进行检测。 在闭环伺服系统中，速度、位移测量元件不断地检测控制对象的运动状 态。如图2-4所示为闭环伺服系统原理图：
速度控制既可单独使用，也可与位置控制联合成为双回路控制，但主 回路是位置控制，速度控制作为反馈校正，改善系统的动态性能，如各 种数控机械的双回路伺服系统。
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（3）转矩伺服系统
转矩控制是通过外部模拟量的输入或直接的地址的赋值来设定电机轴 对外的输出转矩的大小。
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ppt课件
一、伺服电机的起源及分类
2.交流伺服电机 2.1异步型交流伺服电动机 指的是交流感应电动机。它有三相和单相之分，也有鼠笼式和 线绕式，通常多用鼠笼式感应电动机。
2.2同步型交流伺服电机 转子有永磁和非永磁之分。 目前最具广泛应用和发展前景的是永磁同步交流伺服电机。 永磁同步交流伺服电机，定子上一般是三相绕组，转子上是永 磁体，电机一般带反馈元件，形成闭环控制。
NASA起初预计这两个机器人只能工作三个月，但五年过去了， 这六轮的车辆还在继续绕火星旅行，并一直在向地球回传激动 人心的数据。
可清晰看见的碳刷
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ppt课件
一、伺服电机的起源及分类
1.2 无刷直流伺服电机：顾名思义没有碳刷装置。 无刷直流伺服电机去掉了碳刷装置，使用电子换向，实现了电 机免维护，电磁干扰小。寿命更长。 我们的神五神六上面用的都是无刷直流伺服电机。原因并不是
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D2 ic
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四、永磁同步伺服电机基本结构
以下分别为两种转子形式的永磁同步伺服电机剖面结构
切向式转子结构
表贴式转子结构
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五、永磁同步电机控制方法及理论-矢量控制
•矢量控制-目前最流行的控制方法
六、永磁同步电机控制策略
同一个永磁同步电机，矢量控制时在采取不同的控制策略的情况下 ，表现出的性能有一定的差别。 永磁同步电机工作时的等效电路，可以得到电势平衡关系。
Id=0的控制策略
D轴电流为0，绕组中的电流没有去磁分量，全部是
能够产生转矩的电流，其转子磁场永远垂直定子磁
场
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ppt课件
七、永磁同步伺服电机控制器框图
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ppt课件
九、永磁同步伺服电机的快速发展
伺服电机强调精确的速度控制、位置控制、转矩控制。有几个
闭环控制。
典型伺服驱动系统
伺服电机分为交流伺服电机及直流伺服电 机两大类 1.直流伺服电机
1.1 有刷直流伺服电机：有碳刷装置， 成本低，结构简单。但是需要维护，产生 电磁干扰
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ppt课件
一、伺服电机的起源及分类
火星探路者上应用了39个直流伺服电机，包括6个轮子上的驱 动马达。
我们通常所说的交流伺服电机，一般就是指永磁同步伺服电机。 在伺服电机的应用领域里，永磁同步伺服系统已经逐渐取代直 流伺服系统
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ppt课件
二、武汉直驱机电-产品说明
特别需要说明的是，对于我们的产品，无须过分强调伺服
1.应用与伺服电机是有差异的 伺服电机强调精确的位置控制、速度控制、转矩控制。即强调伺服 特性。 从我们目前的产品及今后可看到的市场应用，均不强调伺服特性， 是以提供驱动动力为主，关注效率、节能、可靠性、体积、重量等 要素。 2.伺服电机产业的弊病 伺服电机集中于传统高端应用，市场很狭小。而且早已被很多传统 厂家所瓜分。国内“专门”做伺服电机的，没有一个能成长为大公 司，产值能做到几千万就很不错了，而且国内的伺服电机产品，从 来都是低端产品的代名词。
近年来,采用全数字控制方法,以永磁同步电机为控制对象的全 数字交流驱动系统正在逐渐取代以直流电机为控制对象的直流 驱动系统和采用模拟控制技术的模拟式交流驱动系统。
全数字交流驱动系统采用矢量控制方法,可实现优良的控制品 质。利用高速DSP可实现对永磁同步电机运行的位置、速度和 电机电枢电流（转矩）的控制。
锂电池的电 动自行车
应用的是一 个无刷直流 马达（提供 驱动动力）
我们比美国更先进，而是说我们没有 办法解决在太空环境中碳刷的可靠性， 所以只好使用无刷直流伺服电机来代 替有刷电机。 可靠性是相对的，在太空中，带着一 个电子换向装置的无刷直流伺服电机 可靠性毫无疑问比不上不带电子换向 的有刷直流伺服电机。
矢量控制的基础是两次坐标变换
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五、永磁同步电机控制方法及理论-矢量控制
•Clarke变换
从静止三相到静止两相，原则是磁场等效
•Park变换
从静止两相到运动两相
将电流矢量分解成产生磁通的励磁电流分量Id和产生转矩的转矩电流
分量Iq，并使两分量互相垂直，彼此独立，然后分别进行调节。
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八、永磁同步伺服电机控制器（变频器）基本结构分布
变频器通常有以下几部分组成： 1.控制板（含DSP处理器） 2.驱动板 3.功率模块 高压通常为IGBT模块，低压很多为MOS, 将功率器件封装起来，同时模块上有很 多保护功能，如过温保护、过流保护等 4.接口板（各种接口） 5.冷却底板（模块安装底板） 6.冷却风机 7.显示及调整按钮部分 8.壳体
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二、武汉直驱机电-产品说明
反过来看，驱动动力应用的永磁同步电机市场巨大
在永磁同步驱动系统的应用领域里，在最近五六年时间里， 从无到有，从小到大，冒出了很多产值达到五、六个亿的生 产厂家，如沈阳蓝光、顺德KDS 、宁波兴达、常熟曳引机厂、 西子富沃德等公司。 他们的产品都是永磁同步电机，但没有叫交流伺服电机的。 做伺服电机坦率的说我们是做不过国外的，但是做永磁同步 驱动系统，我们是有可能做得过国外，比如现在的永磁同步 曳引机，国内的发展水平远远好于国外。
所以，对于我们的产品，不需要过度强调伺服电机，叫永磁同步电机更
为合适。以下，兼顾各种看法，均简称永磁同步（伺服）电机(PMSM)
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三、永磁同步（伺服）电机(PMSM)基本原理
永磁同步电机定子是三相绕组，与传统感应电机类似，转子是永磁铁，驱 动器控制的U/V/W三相电形成旋转磁场，转子在此磁场的作用下转动，转 动速度满足公式60f/p的约束，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，调整各项参数. 永磁同步电机电流为正弦波波形，180度导通PWM控制
伺服电机技术及应用
Ac Servo Motor Technology and Application
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一、伺服电机的起源及分类
“伺服”一词源于希腊语，我们希望它是一个得心应手的驯服
工具，完全按照你的指令要求来实现任何动作。
伺服电机又称执行电机，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。