伺服電機(jī)有哪些分類,？伺服電機(jī)選型要求介紹,！伺服電機(jī)是自動(dòng)控制裝置中被用作執(zhí)行元件的微特電機(jī)，其功能是將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度,。
伺服電機(jī)分為交流伺服和直流伺服兩大類
交流伺服電機(jī)的基本構(gòu)造與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)(異步電機(jī))相似,。 在定子上有兩個(gè)相空間位移90°電角度的勵(lì)磁繞組Wf和控制繞組WcoWf，接恒定交流電壓,，利用施加到Wc上的交流電壓或相位的變化,，達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)行的目的。 交流伺服電機(jī)具有運(yùn)行穩(wěn)定,、可控性好,、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格(要求分別小于10%～15%和小于15%～25%)等特點(diǎn),。
直流伺服電機(jī)基本構(gòu)造與一般直流電動(dòng)機(jī)相似,。電機(jī)轉(zhuǎn)速n=E/K1j=(Ua-IaRa)/K1j,，式中E為電樞反電動(dòng)勢(shì)，K為常數(shù),，j為每極磁通,，Ua、Ia為電樞電壓和電樞電流,，Ra為電樞電阻,，改變Ua或改變?chǔ)眨煽刂浦绷魉欧妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速,，但一般采用控制電樞電壓的方法,，在永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)中，勵(lì)磁繞組被永久磁鐵所取代,，磁通φ恒定,。直流伺服電動(dòng)機(jī)具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時(shí)間響應(yīng),。
直流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：速度控制精確，轉(zhuǎn)矩速度特性很硬,，控制原理簡單,，使用方便，價(jià)格便宜,。
缺點(diǎn)：電刷換向,，速度限制，附加阻力,，產(chǎn)生磨損微粒(無塵易爆環(huán)境不宜)
交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：速度控制特性良好,，在整個(gè)速度區(qū)內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平滑控制，幾乎無振蕩,，90%以上的高效率,，發(fā)熱少，高速控制,，高精確度位置控制(取決于編碼器精度),，額定運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)恒力矩,，慣量低,，低噪音，無電刷磨損,，免維護(hù)(適用于無塵,、易爆環(huán)境)
缺點(diǎn)：控制較復(fù)雜，驅(qū)動(dòng)器參數(shù)需要現(xiàn)場調(diào)整PID參數(shù)確定,，需要更多的連線,。
直流伺服電機(jī)分為有刷和無刷電機(jī)
有刷電機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單,，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,，調(diào)速范圍寬，控制容易,，需要維護(hù),，但維護(hù)方便(換碳刷)，產(chǎn)生電磁干擾,，對(duì)使用環(huán)境有要求,，通常用于對(duì)成本**的普通工業(yè)和民用場合。
無刷電機(jī)體積小重量輕,，出力大響應(yīng)快,，速度高慣量小，力矩穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，控制復(fù)雜,，智能化，電子換相方式靈活,，可以方波或正弦波換相,，電機(jī)免維護(hù)，高效節(jié)能,，電磁輻射小,，溫升低壽命長，適用于各種環(huán)境,。
交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī),，分為同步和異步電機(jī)，目前運(yùn)動(dòng)控制中一般都用同步電機(jī),，其功率范圍大,，功率可以做到很大，大慣量,，**轉(zhuǎn)速低,，轉(zhuǎn)速隨功率增大而勻速下降，適用于低速平穩(wěn)運(yùn)行場合,。伺服電機(jī)(servo motor )是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī),，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電機(jī)可使控制速度,，位置精度非常準(zhǔn)確,，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速受輸入信號(hào)控制,，并能快速反應(yīng),，在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件,，且具有機(jī)電時(shí)間常數(shù)小、線性度高,、始動(dòng)電壓等特性,，可把所收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是,，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象,，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降,。
直流伺服電機(jī)分為有刷電機(jī)和無刷電機(jī)：有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單,、成本低,、調(diào)速范圍寬、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大,、控制容易,，需要維護(hù),，但維護(hù)方便(換碳刷),，因此它可用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場合,。無刷電機(jī)具有產(chǎn)量大,、重量輕,、體積小、速度高,、響應(yīng)快、慣性小,、轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn),、轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),，控制復(fù)雜、易于實(shí)現(xiàn)智能化,，其電子換向方式靈活,，可以是方波換向,，也可以是正弦波換向,。電機(jī)效率高,、免維護(hù),、電磁輻射小,、工作溫度低,、使用壽命長,，可在各種環(huán)境下使用,。DC伺服電機(jī)可用于火花機(jī)、機(jī)械手,、精 密機(jī)床等,，同時(shí)可配2500P/R標(biāo)準(zhǔn)編碼器和高解析的速度表,，還可配減速器,，為機(jī)械設(shè)備帶來可靠的精度和高扭矩。直流伺服電機(jī)調(diào)速好,、單位重量體積小,、輸出功率高,，比交流電機(jī)大,，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過步進(jìn)電機(jī)，多級(jí)結(jié)構(gòu)的力矩波動(dòng)較小,。
交流伺服電機(jī)也是無刷電機(jī),，分為同步電機(jī)和異步電機(jī)。目前運(yùn)動(dòng)控制一般采用同步電機(jī),，功率范圍大，可以實(shí)現(xiàn)很大的功率,。交流伺服電機(jī)慣性大,、轉(zhuǎn)速高,、轉(zhuǎn)速低，隨著功率的增加迅速降低,，因此適合低速穩(wěn)定運(yùn)行,。交流伺服電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與電容分相單相異步電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)基本相似，它的定子裝有兩個(gè)位置相差90的繞組,，一個(gè)是勵(lì)磁繞組Rf,，始終接交流電壓Uf;另一個(gè)是連接到控制信號(hào)電壓Uc的控制繞組L。因此,，交流伺服電機(jī)也稱為雙伺服電機(jī),。交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常采用鼠籠式，但是為了使伺服電機(jī)具有寬調(diào)速范圍,、線性機(jī)械特性,、無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應(yīng)性能，它與普通電機(jī)相比應(yīng)具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小兩個(gè)特點(diǎn),。
伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是一個(gè)磁鐵,，驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成一個(gè)電磁場,，轉(zhuǎn)子在這個(gè)磁場的作用下旋轉(zhuǎn),。同時(shí)，電機(jī)的編碼器將信號(hào)反饋給驅(qū)動(dòng)器,，驅(qū)動(dòng)器將反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較,，調(diào)整轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度，伺服電機(jī)的精度取決于編碼器的精度,。
在數(shù)控機(jī)床中,，進(jìn)給系統(tǒng)常用直流伺服電機(jī)主要有以下幾種：
(1)小慣性直流伺服電機(jī)
小慣性直沈伺服電機(jī)因轉(zhuǎn)動(dòng)慣盆小而得名。這類電機(jī)一般為水磁式,，電樞繞組有無相電樞式,、印刷電樞式和空心杯電樞式三種。因?yàn)樾T量直流電機(jī)最大限度地減小了電樞的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,。所以能獲得最快的響應(yīng)速度,。在早期的數(shù)控機(jī)床上。這類伺服電機(jī)應(yīng)用得比較多,。小恤見伺服電機(jī)在有些國家的數(shù)控機(jī)床上至今仍然在使用,。如法國等。
(2)直流力矩電機(jī)
又稱大慣量寬調(diào)速直流伺服電機(jī),。一方面,，由于它的轉(zhuǎn)子直徑較大。線圈繞組匝數(shù)增加,。力矩大,。轉(zhuǎn)動(dòng)飯盆比較其他類型電機(jī)大,。且能夠在較大過載轉(zhuǎn)矩時(shí)長時(shí)間地工作。因此可以直接與絲杠相連,，不豁要中間傳動(dòng)裝置,。另一方面，由于它沒有勵(lì)磁回路的損耗,，它的外型尺寸比類似的其他直流伺服電機(jī)小,。它還有一個(gè)突出的特點(diǎn)，是能夠在較低轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行,，最低轉(zhuǎn)速可以達(dá)到1r/min,，甚至0.1r/min。因此,。這種伺服電機(jī)在數(shù)控機(jī)床上得到了廣泛地應(yīng)用,。
(3)無刷直流伺服電機(jī)
這種伺服電機(jī)又叫無整流子電機(jī)。它沒有換向器,。由同步電機(jī)和逆變器組成,，逆變器由裝在轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)子位置傳感器控制。它實(shí)質(zhì)是一種交流調(diào)速電機(jī),，由于其調(diào)速性能可達(dá)到直流伺服發(fā)電機(jī)的水平,。又取消了換向裝置和電刷部件，大大地提高了電機(jī)的使用壽命,。
伺服電機(jī)選型要求
伺服電機(jī)定義：伺服電機(jī)(servo motor )是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī),，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。
根據(jù)使用電源不同：分直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī),。
他兩在功能上的區(qū)別：交流伺服要好一些,，因?yàn)槭钦也刂疲D(zhuǎn)矩脈動(dòng)小,。直流伺服是梯形波,。但直流伺服比較簡單，便宜,。
看到這里你可能覺得伺服電機(jī)沒什么特點(diǎn)：簡單來說,，伺服電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)精確控制，你讓它轉(zhuǎn)多少它就轉(zhuǎn)多少,，而且它還會(huì)反饋,，實(shí)現(xiàn)所謂的閉環(huán)，由編碼器去反饋看是否確實(shí)轉(zhuǎn)了那么多,，這樣控制精度就更高,。.
我們知道步進(jìn)電機(jī)的精度以步距來衡量，市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度(五相電機(jī)),、0.9度/1.8度(二,、四相電機(jī)),、1.5度/3度 (三相電機(jī))德國百格拉公司(BERGER LAHR)生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°,、0.72°,、0.36°、0.18°,、0.09°,、0.072°、0.036°,。我們以步距角為0.036°的步進(jìn)電機(jī)為例,。
0.036=360/10000
假設(shè)給這個(gè)步進(jìn)電機(jī)后端加上編碼器，那么公式相當(dāng)于電機(jī)轉(zhuǎn)一圈編碼器發(fā)出10000個(gè)脈沖,，編碼器分辨率是10000,。
伺服電機(jī)的精度是電機(jī)后端的編碼器分辨率來衡量的，現(xiàn)在伺服編碼器分辨率達(dá)到2的23次方,，可見伺服電機(jī)的精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比步進(jìn)電機(jī)精度高,。
普通電機(jī)上電就轉(zhuǎn)，沒電就停,，除了轉(zhuǎn)如果還非要說它有什么功能的話那就是正反轉(zhuǎn)：)
提供伺服電機(jī)選型流程
1,、負(fù)載機(jī)構(gòu)(確定機(jī)構(gòu)類型以及其細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，如滾珠絲桿長度,、滾珠絲桿的直徑,、行程和帶輪直徑等)
2,、動(dòng)作模式(決定控制對(duì)象部分的動(dòng)作模式,，時(shí)間與速度的關(guān)系;將控制對(duì)象的動(dòng)作模式換算為電機(jī)軸上的動(dòng)作形式;確定運(yùn)行模式，包括加速時(shí)間(ta),、勻速時(shí)間(tu),、減速時(shí)間(td)、停止時(shí)間(ts),、循環(huán)時(shí)間(tc)和運(yùn)動(dòng)距離(L)等參數(shù))
3,、負(fù)載的慣量、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速(我們?cè)谶x型時(shí),，是根據(jù)扭矩來選擇功率!)
4,、定位精度(確認(rèn)編碼器的脈沖數(shù)是否滿足系統(tǒng)要求規(guī)格的分辨率)
5、使用環(huán)境(如環(huán)境溫度,、濕度,、使用環(huán)境大氣及振動(dòng)沖擊等等)
自動(dòng)化領(lǐng)域指如今的大熱門，而伺服電機(jī)在其中占有重要地位,，通常用于項(xiàng)目中較精確的速度或位置控制部件的驅(qū)動(dòng),。自動(dòng)化設(shè)備的設(shè)計(jì)者常常需要面臨各種各樣不同需求的電機(jī)選型問題,，而供應(yīng)商提供的電機(jī)也是五花八門，參數(shù)多如牛毛,，常常使初學(xué)者一頭霧水,，本文僅根據(jù)作者的實(shí)際工作經(jīng)歷做一些分享，望能夠給需要者提供一些幫助,。
1.應(yīng)用場景
自動(dòng)化領(lǐng)域的控制型電機(jī)可分為伺服電機(jī),、步進(jìn)電機(jī)、變頻電機(jī)等,。在需要較為精確的速度或位置控制的部件,，會(huì)選擇伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。變頻器+變頻電機(jī)的控制方式,，是通過改變輸入電機(jī)的電源頻率而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法,。一般只用于電機(jī)的調(diào)速控制。伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)相比：a) 伺服電機(jī)使用閉環(huán)控制,，步進(jìn)電機(jī)為開環(huán)控制;b) 伺服電機(jī)使用旋轉(zhuǎn)編碼器計(jì)量精度,，步進(jìn)電機(jī)使用步距角。普通產(chǎn)品級(jí)別上前者的精度可達(dá)后者的百倍數(shù)量級(jí);c) 控制方式相似(脈沖或方向信號(hào)),。
2.供電電源
伺服電機(jī)從供電電源上區(qū)分可分為交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī),。二者還是比較好選擇的。一般的自動(dòng)化設(shè)備,，甲方都會(huì)提供標(biāo)準(zhǔn)的380V工業(yè)電源或220V電源,，此時(shí)選擇對(duì)應(yīng)電源的伺服電機(jī)即可，免去電源類型的轉(zhuǎn)換,。但有一些設(shè)備,，比如立體倉庫中的穿梭板、AGV小車等,，由于本身的移動(dòng)性質(zhì),，大部分使用自帶直流電源，所以一般使用直流伺服電機(jī),。
3.抱閘
根據(jù)動(dòng)作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì),，考慮在停電狀態(tài)下或靜止?fàn)顟B(tài)下，是否會(huì)造成對(duì)電機(jī)的反轉(zhuǎn)趨勢(shì),。如果有反轉(zhuǎn)趨勢(shì),，就需要選擇帶抱閘的伺服電機(jī)。
4.選型計(jì)算
選型計(jì)算前,，首先要確定的是機(jī)構(gòu)末端的位置和速度要求,，再者確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。此時(shí)即可選擇伺服系統(tǒng)和對(duì)應(yīng)的減速器。選型過程中,，主要考慮以下參數(shù)：
4.1.功率和速度
根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和最終負(fù)載的速度和加速度要求,，計(jì)算電機(jī)所需功率和速度。值得注意的是,，通常情況下需要結(jié)合所選電機(jī)的速度選取減速機(jī)的減速比,。在實(shí)際選型過程中，比如負(fù)載為水平運(yùn)動(dòng),，因?yàn)楦鱾€(gè)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦系數(shù)和風(fēng)載系數(shù)的不確定性,，公式P=T*N/9549往往無法明確計(jì)算(無法精確計(jì)算扭矩的大小)。而在實(shí)踐過程中,，也發(fā)現(xiàn)使用伺服電機(jī)所需功率最大處往往是加減速階段,。所以，通過T=F*R=m*a*R可定量計(jì)算所需電機(jī)的功率大小和減速機(jī)的減速比(m：負(fù)載質(zhì)量;a：負(fù)載加速度;R：負(fù)載旋轉(zhuǎn)半徑),。
每種類型的伺服電機(jī)的規(guī)格中都有額定轉(zhuǎn)矩,、最大轉(zhuǎn)矩、伺服電機(jī)慣量等參數(shù),。每個(gè)參數(shù)與負(fù)載扭矩和負(fù)載慣性之間必須有相關(guān)性,。伺服電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩必須滿足機(jī)構(gòu)的加速度和重量等負(fù)荷機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件的要求。 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件(水平和垂直旋轉(zhuǎn))與伺服電機(jī)的輸出沒有直接關(guān)系,，但一般情況下,，伺服電機(jī)的輸出越高，相對(duì)輸出扭矩越高,。
伺服電機(jī)的選用不僅受機(jī)構(gòu)重量的影響,，同時(shí)設(shè)備運(yùn)動(dòng)條件也會(huì)改變伺服電機(jī)的選用。慣性越大,，加減速扭矩越大,，加減速時(shí)間越短，伺服電機(jī)輸出扭矩越大,。選擇伺服電機(jī)規(guī)格時(shí),，請(qǐng)遵循以下步驟,。
(1)初始選擇伺服電機(jī)的最高輸出功率扭矩必須大于加速扭矩+負(fù)載扭矩時(shí),，必須選擇其他模型進(jìn)行驗(yàn)證，直到符號(hào)滿足要求,。
(2)負(fù)載力矩是根據(jù)負(fù)載重量,、結(jié)構(gòu)、摩擦系數(shù)和運(yùn)行效率計(jì)算的,。
(3)根據(jù)運(yùn)行條件的要求,，選擇適當(dāng)?shù)呢?fù)荷慣性量修正公式，計(jì)算機(jī)構(gòu)的負(fù)荷慣性量,。
(4)根據(jù)負(fù)載慣量和伺服電機(jī)慣量,，選擇合適的假選定伺服電機(jī)規(guī)格,。
(5)根據(jù)負(fù)載扭矩、加速扭矩,、減速扭矩和保持扭矩計(jì)算連續(xù)瞬時(shí)扭矩,。
(6)定義了載荷機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)條件，即加減速速度,、運(yùn)動(dòng)速度,、機(jī)構(gòu)重量、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)等,。
(7)結(jié)合主伺服電機(jī)的慣性和負(fù)載慣性,，計(jì)算了加速扭矩和減速扭矩。
(8)完成選擇,。
