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      什么是伺服電機及其工作原理?

      2021-11-08

      您有沒有想過如何控制通常用于軍事應用的帶有炸彈扣留裝置的機器人車輛,或者金屬切割和成型機如何為金屬制造的銑削、車床和彎曲提供精確的運動,或者天線定位系統如何控制方位和方向的精度?海拔?伺服電機應用常用于閉環系統,其中工業和商業應用中常見的精確位置控制。什么是步進電機及其工作原理,以及本課,您將了解使用不同類型電機(主要是步進電機和伺服電機)的運動控制。在本課中,我們將討論什么是伺服電機及其工作原理,因此讓我們首先確定什么是伺服電機并檢查伺服電機類型及其應用的一些獨特之處。

      伺服電機

      伺服電機基礎

      讓我們從伺服電機的基礎知識開始。伺服電機是閉環系統的一部分,由幾個部分組成,即控制電路、伺服電機、軸、電位器、驅動齒輪、放大器以及編碼器或旋轉變壓器。伺服電機是一種獨立的電氣設備,可以高效、高精度地旋轉機器的部件。該電機的輸出軸可以移動到普通電機沒有的特定角度、位置和速度。伺服電機使用普通電機并將其與傳感器耦合以進行位置反饋??刂破魇菍iT為此目的而設計和使用的伺服電機中重要的部分。伺服電機是一種閉環機構,它結合了位置反饋以控制旋轉或線性速度和位置。電機由模擬或數字電信號控制,該信號確定代表軸指令位置的運動量。一種編碼器用作提供速度和位置反饋的傳感器。該電路內置于通常裝有齒輪系統的電機外殼內。
      伺服電機

      伺服電機的種類

      伺服電機的類型根據其應用分為不同類型,例如交流伺服電機和直流伺服電機。評估伺服電機需要考慮三個主要因素。首先基于它們的電流類型——交流或直流,其次基于所使用的換向類型,電機是否使用電刷,第三種類型的考慮是電機的旋轉磁場、轉子、旋轉是同步還是異步。讓我們討論第一個伺服考慮因素。交流或直流考慮是基于電機將使用的電流類型的基本的電機分類。從性能的角度來看,交流和直流電機之間的主要區別在于控制速度的繼承能力。對于直流電機,速度與恒定負載的電源電壓成正比。而在交流電機中,速度由施加電壓的頻率和磁極數決定。雖然交流和直流電機都用于伺服系統,但交流電機將承受更高的電流,并且更常用于伺服應用,例如機器人、在線制造和其他需要高重復性和高精度的工業應用。下一步是拉絲或無刷。直流伺服電機通過有刷、使用換向器或無刷電子方式進行機械換向。有刷電機通常更便宜,操作更簡單,而無刷設計更可靠,效率更高,噪音更小。換向器是一種旋轉式電氣開關,它周期性地反轉轉子和驅動電路之間的電流方向。它由轉子上的多個金屬接觸段組成的圓柱體組成。由柔軟的導電材料(例如碳)制成的兩個或多個稱為“電刷”的電觸點壓在換向器上,在換向器旋轉時與換向器的部分滑動接觸。雖然伺服系統中使用的大多數電機都是交流無刷設計,但有時采用有刷永磁電機作為伺服電機,因為它們簡單且成本低。
      伺服電機

      伺服應用中常見的有刷直流電機類型是永磁直流電機。

      無刷直流電機用實現換向的電子方式代替物理電刷和換向器,通常通過使用霍爾效應傳感器或編碼器。交流電機通常是無刷的,但也有一些設計——例如通用電機,它可以使用交流或直流電源運行,確實有電刷并通過機械換向。要考慮的分類是伺服電機應用將使用同步還是異步旋轉場。雖然直流電機通常分為有刷或無刷電機,但交流電機通常根據其旋轉同步或異步場的速度來區分。如果我們回憶一下 AC-DC 的考慮,在交流電機中,速度由電源電壓的頻率和磁極數決定。該速度稱為同步速度。因此,在同步電機中,轉子以與定子旋轉磁場相同的速度旋轉。然而,在異步電機(通常稱為感應電機)中,轉子以比定子旋轉磁場慢的速度旋轉。然而,異步電動機的速度可以通過多種控制方法來改變,例如改變極數和改變頻率,僅舉幾例。直流伺服電機的工作原理是由直流電機、位置傳感裝置、齒輪總成和控制電路四大部件構成。直流電機的所需速度取決于施加的電壓。為了控制電機速度,電位計產生一個電壓,作為誤差放大器的輸入之一。在一些電路中,控制脈沖用于產生與電機所需位置或速度相對應的直流參考電壓,并將其施加到脈寬電壓轉換器。脈沖的長度決定了施加在誤差放大器上的電壓作為產生所需速度或位置的所需電壓。

       伺服電機

      對于數字控制,PLC或其他運動控制器用于根據占空比生成脈沖,以產生更精確的控制。反饋信號傳感器通常是電位器,通過齒輪機構產生與電機軸絕對角度相對應的電壓。然后在誤差比較器放大器的輸入端施加反饋電壓值。放大器將從電位計反饋產生的電機當前位置產生的電壓與產生正電壓或負電壓誤差的電機所需位置進行比較。該誤差電壓施加到電機的電樞上。隨著誤差的增加,施加到電機電樞的輸出電壓也會增加。只要存在誤差,比較器放大器就會放大誤差電壓并相應地為電樞供電。電機旋轉直到誤差變為零。如果誤差為負,則電樞電壓反向,因此電樞沿相反方向旋轉。交流伺服電機的工作原理基于兩種不同類型的交流伺服電機的結構,它們是同步和異步(感應)。同步交流伺服電機由定子和轉子組成。定子由圓柱形框架和定子鐵芯組成。纏繞在定子芯上的電樞線圈和線圈連接到引線,電流通過該引線。


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