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CIMR-E7B4110
CIMR-E7B4132
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編輯本段伺服電機原理
　　一、交流伺服電動機 　　交流伺服電動機定子的構(gòu)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(lián)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(zhuǎn)子通常做成

鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械

特性，無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應的性能，它與普通電動機相比

，應具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。目前應用較多的

轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細

長；另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子內(nèi)放置固

定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應迅速，而且運

轉(zhuǎn)平穩(wěn)，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(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當

有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的

方向旋轉(zhuǎn)，在負載恒定的情況下，電動機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)。
編輯本段伺服電動機與單機異步電動機比較
　　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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩大 　　由

于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖3中曲線1所示，與普通異步

電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差

率S0>1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性（機械特性）更接近于線性，而且

具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。因此，當定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)

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(zhuǎn)現(xiàn)象 　　正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機，只要失去控制

電壓，電機立即停止運轉(zhuǎn)。當伺服電動機失去控制電壓后，它處

于單相運行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的

旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)矩特性（T1－S1、T2－S2曲

線）以及合成轉(zhuǎn)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(wěn)、噪音小。但控制

特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)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(tǒng)。
編輯本段選型方法
與步進電機的性能比較
　　步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有

著本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用

十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也

越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨

勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機

作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信

號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。現(xiàn)就二者

的使用性能作一比較。 　　一、控制精度不同 　　兩相混合式

步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進電機步

距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過

細分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產(chǎn)的二相混

合式步進電機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°，兼容了

兩相和五相混合式步進電機的步距角。 　　交流伺服電機的控

制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺

服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器

內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對

于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機轉(zhuǎn)

一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為

1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。 　　二、低頻特性不同

　　步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情

況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的

一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現(xiàn)象對于機

器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用

阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動

器上采用細分技術(shù)等。 　　交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使

在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能

，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能

（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。 　　三、矩

頻特性不同 　　步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在

較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在300～

600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為

2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上

為恒功率輸出。 　　四、過載能力不同 　　步進電機一般不具

有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺

服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其最大轉(zhuǎn)矩為額

定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩

。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性

力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又

不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。 　　五、運

行性能不同　 　　步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高

或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過

沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交

流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信

號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機

的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。 　　六、速度響應

性能不同 　　步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘

幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以

山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM

僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 　　綜上所述

，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求

不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系

統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選

用適當?shù)目刂齐姍C。
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