什么是伺服电机(什么是伺服电机其基本特征是什么)

交流伺服电机的基本结构与工作原理

交流伺服电机通常都是单相异步电动机，有鼠笼形转子和杯形转子两种结构形式。

与普通电机一样，交流伺服电机也由定子和转子构成。

定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。

固定和保护定子的机座一般用硬铝或不锈钢制成。

笼型转子交流伺服电机的转子和普通三相笼式电机相同。

杯形转子交流伺服电机的结构如图3-12由外定子4，杯形转子3和内定子5三部分组成。

它的外定子和笼型转子交流伺服电机相同，转子则由非磁性导电材料（如铜或铝）制成空心杯形状，杯子底部固定在转轴7上。

空心杯的壁很薄（小于0.5mm），因此转动惯量很小。

内定子由硅钢片叠压而成，固定在一个端盖1、8上，内定子上没有绕组，仅作磁路用。

电机工作时，内﹑外定子都不动，只有杯形转子在内、外定子之间的气隙中转动。

对于输出功率较小的交流伺服电机，常将励磁绕组和控制绕组分别安放在内、外定子铁心的槽内。

交流伺服电机的工作原理和单相感应电动机无本质上的差异。

但是，交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已在转动时，如果控制信号消失，它应能立即停止转动。

而普通的感应电动机转动起来以后，如控制信号消失，往往仍在继续转动。

当电机原来处于静止状态时，如控制绕组不加控制电压，此时只有励磁绕组通电产生脉动磁场。

可以把脉动磁场看成两个圆形旋转磁场。

这两个圆形旋转磁场以同样的大小和转速，向相反方向旋转，所建立的正、反转旋转磁场分别切割笼型绕组（或杯形壁）并感应出大小相同，相位相反的电动势和电流（或涡流），这些电流分别与各自的磁场作用产生的力矩也大小相等、方向相反，合成力矩为零，伺服电机转子转不起来。

一旦控制系统有偏差信号，控制绕组就要接受与之相对应的控制电压。

在一般情况下，电机内部产生的磁场是椭圆形旋转磁场。

一个椭圆形旋转磁场可以看成是由两个圆形旋转磁场合成起来的。

这两个圆形旋转磁场幅值不等（与原椭圆旋转磁场转向相同的正转磁场大，与原转向相反的反转磁场小），但以相同的速度，向相反的方向旋转。

它们切割转子绕组感应的电势和电流以及产生的电磁力矩也方向相反、大小不等（正转者大，反转者小）合成力矩不为零，所以伺服电机就朝着正转磁场的方向转动起来，随着信号的增强，磁场接近圆形，此时正转磁场及其力矩增大，反转磁场及其力矩减小，合成力矩变大，如负载力矩不变，转子的速度就增加。

如果改变控制电压的相位，即移相180o，旋转磁场的转向相反，因而产生的合成力矩方向也相反，伺服电机将反转。

若控制信号消失，只有励磁绕组通入电流，伺服电机产生的磁场将是脉动磁场，转子很快地停下来。

为使交流伺服电机具有控制信号消失，立即停止转动的功能，把它的转子电阻做得特别大，使它的临界转差率Sk大于1。

在电机运行过程中，如果控制信号降为“零”，励磁电流仍然存在，气隙中产生一个脉动磁场，此脉动磁场可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成。

图3-13画出正向及反向旋转磁场切割转子导体后产生的力矩一转速特性曲线1、2，以及它们的合成特性曲线3。

图3-13b中，假设电动机原来在单一正向旋转磁场的带动下运行于A点，此时负载力矩是。

一旦控制信号消失，气隙磁场转化为脉动磁场，它可视为正向旋转磁场和反向旋转磁场的合成，电机即按合成特性曲线3运行。

由于转子的惯性，运行点由A点移到B点，此时电动机产生了一个与转子原来转动方向相反的制动力矩。

在负载力矩和制动力矩的作用下使转子迅速停止。

必须指出，普通的两相和三相异步电动机正常情况下都是在对称状态下工作，不对称运行属于故障状态。

而交流伺服电机则可以靠不同程度的不对称运行来达到控制目的。

这是交流伺服电机在运行上与普通异步电动机的根本区别。

什么是伺服电机其基本特征是什么

闭环控制系统是根据被控量与给定值的偏差进行控制的系统．编制数控程序----(1)在充分的工艺分析的基础上，确定零件的编程坐标系，计算零件的几何元素的坐标参数。

(2)然后确定：加工工艺路线或加工顺序；主运动的启、停、方向、变速；进给运动的速度大小；选择刀具等工艺参数，以及冷却液开、关等辅助作。

(3)再按标准格式用文字、数字和符号编制零件加工的数控程序单。

(4)编程的工作，可由人工进行，或者由自动编程计算机系统来完成。

比较先进的数控机床，可以在它的数控装置上直接编程。

(5)编好的数控程序，存放在便于保存和输入到数控装置的一种存储载体上。

2．输入装置编制好的程序载体上的数控程序代码，经输入装置传送并存人数控装置内。输入装置可以是光电阅读机、磁带机、软盘驱动器或是数控装置上的键盘。有些数控装置，可与计算机用通信方式直接传送数控程序。

3．数控装置----是数控机床的控制单元，由专用或通用计算机作为核心，输人装置接收的数控程序，经数控装置系统软件和逻辑电路进行编译、运算和处理后，输出控制信号控制机床的各个部分，进行规定的、有序的动作。

4.伺服驱动系统---接收数控装置发来的速度和位移信号，控制伺服电机的运动速度、方向。

伺服驱动系统一般由伺服电路和伺服电机组成，并与机床上的机械传动部件组成数控机床的进给系统。

对机床的每个作伺服进给运动的轴，都配有一套伺服驱动系统。

伺服驱动系统有开环和闭环之分。

5.辅助机能控制装置---是介于数控装置和机床的机械、液压部件之间的强电控制装置，其主要作用是接收数控装置输出的主运动变速、刀具的选择与交换、辅助装置的动作等信号，经必要的逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器、液压、气动和机械部件，完成指令所规定的动作。

此外，还有机床的某些状态经它送给数控装置进行处理。

6.反馈系统是位置检测装置与伺服系统配套组成闭环伺服驱动系统-----它测量执行部件的实际进给位置，并把这一信息送给伺服系统与指令位置进行比较，将其误差转换、放大后控制执行部件的进给运动。

数控装置控制具体过程

数控装置根据程序的坐标代码，作插补运算并输出插补控制信号，插补控制信号控制伺服驱动系统驱动执行部件作进给运动，从而确定了机床的进给运动的方向、速度、位移量。

数控装置根据辅助机能代码输出辅助机能控制信号驱动强电控制装置，控制主运动部件的变速、换向和启停，控制刀具的选择和交换，控制冷却、润滑的启停，控制工件和机床部件的松开和夹紧，控制分度工作台的转位等辅助机能。

数控机床的控制对象

从数控机床最终要完成的任务看，主要应对以下三方面进行控制。

a、主运动

和通用机床一样，主运动主要完成切削任务，其动力约占整台机床动力的70%-80%，数控车床的主轴旋转运动如图1所示。

基本控制要实现主轴的正、反转和停止，可自动换档及无级调速；对加工中心和一些数控车床还必须具有准停控制和C轴控制功能。

b、进给运动

数控机床的进给运动是通过进给伺服系统来实现的，这是数控机床区别于通用机床的重要方面之一。

伺服控制的最终目的就是实现对机床工作台或刀具的位置控制，伺服系统中所采取的一切措施，都是为了保证进给运动的位置精度。

图2为数控车床的刀架的Z向进给运动，图3为数控车床的刀架的X向进给运动。

输入/输出(I/O)

数控系统对加工程序处理后输出的控制信号除了对进给运动轨迹进行连续控制外，还要对机床的各种状态进行控制，这些状态包括主轴的变频控制，主轴的正、反转及停止，冷却和润滑装置的起动和停止，刀具自动交换，工件夹紧和放松及分度工作台转位等，图4所示为数控车床的换刀运动。