交流伺服電動機原理

伺服電機內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵，驅(qū)動器控制的U/V/W 三相電形成電磁場，轉(zhuǎn)子在此磁場的作用下轉(zhuǎn)動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅(qū)動器，驅(qū)動器根據(jù)反饋值與目標值進行比較，調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數(shù)）。

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，如圖1 所示。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，如圖2 所示。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。

圖1 交流伺服電動機原理圖

圖2 空心杯形轉(zhuǎn)子伺服電動機結(jié)構

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)。

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。

圖3 伺服電動機的轉(zhuǎn)矩特性

2、運行范圍較廣

如圖3 所示，較差率S 在0 到1 的范圍內(nèi)伺服電動機都能穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

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）如圖4 所示，與普通的單相異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性（圖中T′－S 曲線）不同。這時的合成轉(zhuǎn)矩T 是制動轉(zhuǎn)矩，從而使電動機迅速停止運轉(zhuǎn)。

圖4 伺服電動機單相運行時的轉(zhuǎn)矩特性

圖5 是伺服電動機單相運行時的機械特性曲線。負載一定時，控制電壓Uc 愈高，轉(zhuǎn)速也愈高，在控制電壓一定時，負載增加，轉(zhuǎn)速下降。

圖5 伺服電動機的機械特性

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。

不同類型的交流伺服電動機具有不同的特點。籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機具有勵磁電流較小、體積較小、機械強度高等特點；但是低速運行不夠平穩(wěn)，有抖動現(xiàn)象。空心杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動機具有結(jié)構簡單、維護方便、轉(zhuǎn)動慣量小、運行平滑、噪聲小、沒有無線電干擾、無抖動現(xiàn)象等優(yōu)點；但是勵磁電流較大，體積也較大，轉(zhuǎn)子易變形，性能上不及直流伺服電動機。

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的小功率自動控制系統(tǒng)中，頻率有50Hz、400Hz 等多種。

籠型轉(zhuǎn)子交流伺服電動機產(chǎn)品為SL 系列。空心杯形轉(zhuǎn)子交流伺服電動機為SK 系列，用于要求運行平滑的系統(tǒng)中。