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什么是伺服电机?伺服电机的内部结构及其工作

时间:2019-06-15 00:19阅读:

  (servo motor )是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机,是一种补助马达间接变速装置。伺服可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服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,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可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,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。

  伺服电动机又称执行电动机,它将输入的电压信号转变为转轴的角位移或角速度输出,改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向,输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。

  伺服电动机的种类多,用途广。例如在雷达天线系统中,雷达天线是由交流伺服电动机拖动的, 当天线发出去的无线电波遇到目标时,就会被反射回来送给雷达接收机;雷达接收机将目标的方位和距离确定后,向交流伺服电动机送出电信号,交流伺服电动机按照该电信号拖动雷达天线跟踪目标转动。

  根据使用电源的不同,伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。直流伺服电动机输出功率较大,功率范围为1~600瓦,有的甚至可达上千瓦;而交流伺服电动机输出功率较小,功率范围一般为0.1~100瓦。

  伺服电机可使控制速度,位置精度非常准确,可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机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,用作执行元件,且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性,可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,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。

  1、伺服系统(servomechanism)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。伺服主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

  无刷电机体积小,重量轻,出力大,响应快,速度高,惯量小,转动平滑,力矩稳定。控制复杂,容易实现智能化,其电子换相方式灵活,可以方波换相或正弦波换相。电机免维护,效率很高,运行温度低,电磁辐射很小,长寿命,可用于各种环境。

  2、交流伺服电机也是无刷电机,分为同步和异步电机,目前运动控制中一般都用同步电机,它的功率范围大,可以做到很大的功率。大惯量,最高转动速度低,且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

  3、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)。

  交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别:交流伺服要好一些,因为是正弦波控制,转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单,便宜。

  伺服可作为交流或直流电动机。早期一般伺服直流电动机,因为只有类型的控制大电流是通过序列多年。随着晶体管成为能够控制大电流和开关的大电流在更高的频率,交流伺服电机成为更经常地使用。早期伺服是专为伺服放大器。今天,一类是电机设计的应用,筹措,可能使用伺服放大器或变频控制器,这意味着电动机可用于伺服系统在一个应用程序,并使用变频驱动器在另一应用程序。有些公司还要求任何闭环系统,不使用步进电机伺服系统,所以它是可能的一个简单的交流感应电机是连接到一个速度控制器,被称为伺服电机。

  有些变化,必须作出任何运动,目的是作为伺服在cludes的能力,运作了一系列的速度没有过热,运作的能力在零速度和保持足够的转矩举行负荷的立场,运作能力在非常低的速度很长时间没有过热。老年型发动机冷却风扇已是直接连接到电机轴。当电机运行速度缓慢,风扇不会移动足够的空气冷却的发动机。较新的发动机有一个单独的风机安装,以便将提供最佳的冷却空气。这扇是由常数电压源,以便它反过来将在最大转速在任何时候都不管的速度伺服。其中最实用类型的电机伺服系统是永久磁铁(下午)型发动机。电压为外地绕组永磁型电机可以交流电压或直流电压。永磁型电机类似于其他类型电机下午以前提出。图11-83显示了剖图片的永磁电机和图。 11-84显示了剖图的永磁电机。从图片和图表可以看到住房,转子和定子都期待非常相似,前型永磁电动机。主要的差异这种类型的发动机,它可能减少齿轮能够将更大的负荷迅速从一个站着不动的位置。这种类型的永磁电机也有一个编码器或解析器内置马达的住房。这确保了设备将准确地表明了立场或速度的电机轴。

  无刷伺服无刷伺服电机的目的是开展活动,刷子。这意味着,减刑的刷子提供现在必须以电子方式提供。电子减刑是由开关晶体管和关闭在适当时候。图11-85表明三个例子的电压和电流波形发送到无刷伺服电机。图11-86显示一个例子,这三个绕组的无刷伺服电机。主要的一点无刷servomo因子是,它可以采用任何交流电压或直流电压。

  图11-85显示三种类型的电压波形,可用于功率无刷伺服电机。图11 - 85a显示了梯形电动势(电压)输入和方波电流输入。图11 - 85b显示波形的正弦输入电压和方波电流波形。图11 - 85C号显示了正弦输入波形和正弦电流波形。正弦输入和正弦电流波形是最受欢迎的电压用品的无刷伺服电机。

  图11-86表明三套晶体管类似的晶体管输出级的变频驱动器。在图。11-86a晶体管相连的三个绕组电机以同样的方式在变频驱动器。在图。一升-86b图的波形的输出晶体管表现为三个不同的正弦波。波形的控制电路为基础,每一个transis器中显示图。11-86c。图11-86d表明了反电势的驱动波形。

  图11-85 (a)陷阱ezoidal输入电压和方波电流波的形式。(b)正弦输入电压和正弦电压和方波输出电压波的形式。(c)正弦输入电压和sinusoi达电流波形。这已成为最流行的类型的无刷伺服控制。

  伺服控制器已成为不仅仅是放大器的伺服电机。今天,伺服控制器必须能够作出了一系列决定,并提供一种手段,接收信号来自外部传感器和控制系统中,并发出信号,主机控制器和PLC的接口,可能与伺服系统。图11-87显示了图片的几个伺服电机和放大器。各组成部分在这个图片看起来类似的各种其他类型的电机和控制器。

  图11-88显示了图伺服控制器,以便您可以看到一些分歧与其他类型的电机控制器。该控制器在此图是直流伺服电机。该控制器有三个港口,使信号或发送信号的控制器。电源供应器,伺服电机,和转速表连接到端口P3底部的控制器。你可以看到,电源电压为115伏单相交流。一个主要的断开连接的一系列与李线。在李和N线路供电的隔离降压变压器。二次电压跨前可以是任何电压的20和85伏特。该控制器接地端8 。你应该记住,地面在这一点上是用来提供短路保护所有金属部件的系统。

  该伺服电机连接到终端控制器在第4和第5 。终端5 +和终端4 -。 3号候机楼提供了地面的屏蔽的连接线,电机和控制器。在转速表连接到终端1和2 。 2号候机楼是+和终点站1 -。在此盾构电缆接地电动机案件。电线连接到这个港口将大于导线连接到其他港口,因为它们必须能够携带更大的电机电流。如果电动机采用了外置散热风扇,这将是连接通过这个港口。在大多数情况下,冷却风扇将采用单相或三相交流电压保持在恒定的水平,如110伏或240伏。

  图11-86 (a)sistors连接到三个绕组的无刷伺服电机。(b)波形的三个独立的电压,用于功率电机的三个风消息。(c)波形的信号用来控制晶体管序列,提供了波形图前,(d)波形的整体反电势。

  图11-88图的伺服控制器。此图显示的数字(开关)信号和模拟信号发送到控制器,以及信号控制器传送回主机控制器或PLC 。

  该命令的信号被送到控制器通过港口。该终端的指挥信号的1和2 。 1号候机楼是+和终端2 -。这种信号是一种信号,这意味着它不是停飞或不同意的理由可能同任何其他部分的电路。一些额外的辅助信号也通过端口连接1 。这些信号包括抑制(异烟肼) ,这是用来停用驾驶从外部控制器,并正向和反向的命令(刚果和吸波涂层) ,其中向控制器发出电压电机,使之将在旋转向前或扭转方向化。在某些应用中,最大的旅行着限位开关和反向最大的旅行限位开关连接,如果旅行的机器动作的极端位置,以便它触及了overtravel限位开关,它会自动激发干劲,开始旅行相反的方向发展。

  港口还提供了几个数字输出信号,可以用来发送故障信号或其他信息,如“驱动器运行”回到主控制器或PLC。港口基本上是界面的全数字化(开关)信号。

  港口的P2是界面的模拟( 0 -最大值)的信号。典型的信号,这车包括电机电流和电机速度信号,传送至伺服控制器到主机或公司,在这里他们可以用来验证逻辑,以确保控制器发出正确的信息的马达。输入信号从主机或PLC还可以被发送到控制器设置最大电流和速度的驱动器。在新的数字驱动器,这些值控制的驱动器参数,编程到驱动器。


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