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伺服電機原理
永磁交流伺服電動機

20世紀80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術和交流可變速驅動技術的發展，永磁交流伺服驅動技術有了突出的發展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅動器系列產品并不斷完善和更新。交流伺服系統已成為當代高性能伺服系統的主要發展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經商品化了的交流伺服系統是采用全數字控制的正弦波電動機伺服驅動。交流伺服驅動裝置在傳動領域的發展日新月異。永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優點有：

⑴無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養要求低。

⑵定子繞組散熱比較方便。

⑶慣量小，易于提高系統的快速性。

⑷適應于高速大力矩工作狀態。

⑸同功率下有較小的體積和重量。

自從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿易博覽會上正式推出MAC永磁交流伺服電動機和驅動系統，這標志著此種新一代交流伺服技術已進入實用化階段。到20世紀80年代中后期，各公司都已有完整的系列產品。整個伺服裝置市場都轉向了交流系統。早期的模擬系統在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運動控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數字信號處理器（DSP）的應用，出現了數字控制系統，控制部分可完全由軟件進行，分別稱為摪朧?字化敾驌混合式敗?撊?數字化數撓來漚渙魎歐?系統。

到目前為止，高性能的電伺服系統大多采用永磁同步型交流伺服電動機，控制驅動器多采用快速、準確定位的全數字位置伺服系統。典型生產廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。

日本安川電機制作所推出的小型交流伺服電動機和驅動器，其中D系列適用于數控機床（最高轉速為1000r/min，力矩為0.25～2.8N.m），R系列適用于機器人（最高轉速為3000r/min，力矩為0.016～0.16N.m）。之后又推出M、F、S、H、C、G 六個系列。20世紀90年代先后推出了新的D系列和R系列。由舊系列矩形波驅動、8051單片機控制改為正弦波驅動、80C、154CPU和門陣列芯片控制，力矩波動由24％降低到7％，并提高了可靠性。這樣，只用了幾年時間形成了八個系列（功率范圍為0.05～6kW）較完整的體系，滿足了工作機械、搬運機構、焊接機械人、裝配機器人、電子部件、加工機械、印刷機、高速卷繞機、繞線機等的不同需要。

以生產機床數控裝置而著名的日本法奴克（Fanuc）公司，在20世紀80年代中

期也推出了S系列（13個規格）和L系列（5個規格）的永磁交流伺服電動機。L系列

有較小的轉動慣量和機械時間常數，適用于要求特別快速響應的位置伺服系統。

日本其他廠商，例如：三菱電動機（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列）、東芝精機（SM系列）、大隈鐵工所(BL系列）、三洋電氣（BL系列）、立石電機（S系列）等眾多廠商也進入了永磁交流伺服系統的競爭行列。

德國力士樂公司（Rexroth）的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動機共有7個機座號92個規格。

德國西門子（Siemens）公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動機分為標準型和短型兩大類，共8個機座號98種規格。據稱該系列交流伺服電動機與相同輸出力矩的直流伺服電動機IHU系列相比，重量只有后者的1／2，配套的晶體管脈寬調制驅動器6SC61系列，最多的可供6個軸的電動機控制。

德國寶石（BOSCH）公司生產鐵氧體永磁的SD系列（17個規格）和稀土永磁的SE系列（8個規格）交流伺服電動機和Servodyn SM系列的驅動控制器。

美國著名的伺服裝置生產公司Gettys曾一度作為Gould 電子公司一個分部（Motion Control Division），生產M600系列的交流伺服電動機和A600 系列的伺服

驅動器。后合并到AEG，恢復了Gettys名稱，推出A700全數字化的交流伺服系統。

美國A-B（ALLEN-BRADLEY）公司驅動分部生產1326型鐵氧體永磁交流伺服電動機和1391型交流PWM伺服控制器。電動機包括3個機座號共30個規格。

I.D.（Industrial Drives）是美國著名的科爾摩根（Kollmorgen）的工業驅動分部，曾生產BR-210、BR-310、BR-510 三個系列共41個規格的無刷伺服電動機和BDS3型伺服驅動器。自1989年起推出了全新系列設計的摻鶼盜袛（Goldline）永磁交流伺服電動機，包括B（小慣量）、M（中慣量）和EB（防爆型）三大類，有10、20、40、60、80五種機座號，每大類有42個規格，全部采用釹鐵硼永磁材料，力矩范圍為0.84～111.2N.m，功率范圍為0.54～15.7kW。配套的驅動器有BDS4（模擬型）、BDS5（數字型、含位置控制）和Smart Drive（數字型）三個系列， 最大連續電流55A。Goldline系列代表了當代永磁交流伺服技術最新水平。

愛爾蘭的Inland原為Kollmorgen在國外的一個分部，現合并到AEG，以生產直流伺服電動機、直流力矩電動機和伺服放大器而聞名。生產BHT1100、2200、3300三種機座號共17種規格的SmCo永磁交流伺服電動機和八種控制器。

法國Alsthom集團在巴黎的Parvex工廠生產L














伺服電機的原理
 懸賞分：0 - 解決時間：2009-5-1 22:31
各位高手好，我在書上看見伺服電機有三種控制方式： 
1，脈沖控制方式。（我們公司有專門的PLC模塊發脈沖給伺服模塊） 
2，模擬電壓控制方式。（我們公司有專門的PLC模擬量模塊給模擬電壓給伺服模塊） 
3，通訊控制方式。（我們公司比較先進的控制系統用PROFIBUS或者光纖通訊控制） 
對于以上控制方式我都用萬用表測試并確認過，基于以上想請教以下幾個問題： 
1，對于脈沖控制方式的伺服模塊接受的是PLC特殊模塊的脈沖信號，但是伺服模塊給伺服電機發的是什么信號？U/V/W是什么信號？直流？交流？也是脈沖信號嗎？如果是脈沖信號的話那與步機電機沒有區別。如果伺服電機接收的是交流電壓信號的話，那頻率是多少？有什么范圍？那改變頻率和用變頻器控制普通電機又有什么區別？ 
2，對于第二種控制方式的提問：PLC模擬量模塊給伺服模塊發模擬量電壓信號時，給正電壓，伺服電機正轉，給負電壓，佩服電機反轉，模擬量電壓為0V時，伺服電機停止，我用萬用表測量過，一般是0~10V。伺服電機運行的時候，伺服模塊給伺服電機發的又是什么信號？U/V/W是什么交流信號？如果伺服電機接收的是交流電壓信號的話，那頻率是多少？有什么范圍？那改變頻率和用變頻器控制普通電機又有什么區別？ 
3，請幫忙回答時不要用單相伺服電機來說明，因為我所見到的電機都是三相的，多謝各位高手！

1。 伺服驅動器給電機的不是脈沖信號，而是脈寬調治信號，也就是PWM信號，驅動器靠調節脈寬來控制電機的轉速與扭力，當占空比為0時停止，為100時全速運行（只是舉個例子，不一定是這樣），所以驅動器控制電機的頻率是靠伺服驅動器內部獨立完成的。 
2。 用模擬量控制的時候，也是靠脈寬調治信號來控制電機的，只不過你上位機的控制方式變了，由發脈沖控制變成+/-10V模擬量來控制了，但只是上位機控制驅動器的方式變了，驅動器控制電機依舊是脈寬調治信號，不變。 
3。 伺服電機有很多種，比如交流永磁同步電機，比如直流有刷電機，比如直流無刷電機，或者力矩電機什么的，都可以統稱為伺服電機，呵呵。不知道我表述清楚了沒？？？ 











一、交流伺服電動機 

　　交流伺服電動機定子的構造基本上與電容分相式單相異步電動機相似.其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組rf，它始終接在交流電壓uf上；另一個是控制繞組l，聯接控制信號電壓uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。

　　交流伺服電動機的轉子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調速范圍、線性的機械特性，無“自轉”現象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大和轉動慣量小這兩個特點。目前應用較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉子，為了減小轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉子，杯壁很薄，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉子內放置固定的內定子.空心杯形轉子的轉動慣量很小，反應迅速，而且運轉平穩，因此被廣泛采用。

　　交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內只有勵磁繞組產生的脈動磁場，轉子靜止不動。當有控制電壓時，定子內便產生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉，在負載恒定的情況下，電動機的轉速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉。

　　交流伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著特點：

　　1、起動轉矩大

　　由于轉子電阻大，其轉矩特性曲線如圖3中曲線1所示，與普通異步電動機的轉矩特性曲線2相比，有明顯的區別。它可使臨界轉差率s0＞1，這樣不僅使轉矩特性（機械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉矩。因此，當定子一有控制電壓，轉子立即轉動，即具有起動快、靈敏度高的特點。

　　2、運行范圍較廣

　　3、無自轉現象

　　正常運轉的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉。當伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態，由于轉子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉的旋轉磁場與轉子作用所產生的兩個轉矩特性（t1－s1、t2－s2曲線）以及合成轉矩特性（t－s曲線）

　　交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1-100w。當電源頻率為50hz，電壓有36v、110v、220、380v；當電源頻率為400hz，電壓有20v、26v、36v、115v等多種。

　　交流伺服電動機運行平穩、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流伺服電動機相比，體積大、重量重，所以只適用于0.5-100w的小功率控制系統。