淺析伺服電機的原理、分類及與步進電機的區(qū)別

什么是伺服電機？

伺服電動機也可以叫做執(zhí)行電動機，是自動控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，其工作是把收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角速度輸出或者角位移輸出。

自從伺服電機推出以來，伺服電機已經(jīng)在許多行業(yè)中證明了其相當有用。多年來，伺服電機一直參與完成大的任務(wù)。它們的尺寸可能很小，但是它們非常強大而且節(jié)能。有了這些特點，伺服電機廣泛用于遙控玩具車，飛機，機器人和各種工業(yè)設(shè)備。近年來伺服電機也被用于工業(yè)應(yīng)用，在線制造工廠，制藥服務(wù)，機器人和食品服務(wù)行業(yè)。

伺服電機有幾種分類？

有直流伺服電機和交流伺服電機兩種分類，其主要特點是當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象；轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

直流伺服電機是小型應(yīng)用的理想選擇，但不能處理大電流浪涌。然而，交流伺服電機能夠應(yīng)對更高的電流浪涌，并在工業(yè)機械中得到廣泛的應(yīng)用。談到價格，直流電機比交流伺服更便宜，所以用得更多。此外，直流電機專門設(shè)計用于連續(xù)旋轉(zhuǎn)，這使其成為機器人運動的理想選擇。

伺服電機的工作原理

伺服電機的工作原理比較簡單，但是其工作比較高效。伺服電路內(nèi)置在電機單元內(nèi)部，它使用一根通常配有齒輪的柔性軸。電信號控制電機，也決定軸的移動量。伺服電機內(nèi)部設(shè)置簡單：小型直流電機，控制電路和電位器。直流電機通過齒輪連接在控制輪上，當電機轉(zhuǎn)動時，電位器的電阻發(fā)生變化，控制電路能夠精確調(diào)節(jié)運動和方向。

當軸處于正確的(理想的)位置時，電機停止供電。如果軸沒有停在目標的位置，電動機一直運轉(zhuǎn)，直到進入正確的方向。目標的位置通過使用電脈沖的信號線傳送。所以，電機的速度與實際和理想的位置成正比。當電機接近所需位置時，電機開始緩慢轉(zhuǎn)動，但電機轉(zhuǎn)到最遠時，轉(zhuǎn)速很快。換句話說，伺服電機只需要盡可能快地完成任務(wù)，這使得它們成為高效率的設(shè)備。

交流伺服電動機在沒有控制電壓時，氣隙中只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子上沒有啟動轉(zhuǎn)矩而靜止不動。當有控制電壓且控制繞組電流和勵磁繞組電流不同相時，則在氣隙中產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)。但是對伺服電動機要求不僅是在控制電壓作用下就能啟動，且電壓消失后電動機應(yīng)能立即停轉(zhuǎn)。如果伺服電動機控制電壓消失后像一般單相異步電動機那樣繼續(xù)轉(zhuǎn)動，則出現(xiàn)失控現(xiàn)象，我們把這種因失控而自行旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象稱為自轉(zhuǎn)。

傳統(tǒng)直流伺服電動機的基本工作原理與普通直流電動機完全相同，依靠電樞電流與氣隙磁通的作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使伺服電動機轉(zhuǎn)動。通常采用電樞控制方式，即在保持勵磁電壓不變的條件下，通過改變電樞電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。電樞電壓越小，則轉(zhuǎn)速越低；電樞電壓為零時，電動機停轉(zhuǎn)。由于電樞電壓為零時電樞電流也為零，電動機不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，不會出現(xiàn)“自轉(zhuǎn)”。

電動機原理：電機轉(zhuǎn)動原理圖解（易懂版）

伺服電機步進電機的區(qū)別

1.伺服是高速低扭矩，步進是低速大扭矩

一般說來，伺服輕輕松松都能達到幾千的額定轉(zhuǎn)速。比如小功率伺服，也就是750W以內(nèi)的伺服，日系伺服額定3000轉(zhuǎn)，而歐系伺服甚至能到5000轉(zhuǎn)，6000轉(zhuǎn)。而步進，由于自身的特性，一般也就五六百轉(zhuǎn)。但是它的扭矩卻比同規(guī)格的伺服大很多，大到都可以省略減速機了。其實步進是很少加減速機的，就幾百的轉(zhuǎn)速，再加個減速機，那可真沒什么用了。

2.伺服法蘭是整的，步進法蘭不是整的

伺服的法蘭都是10的倍數(shù)，比如40，60，80，110，180等，而步進一般是42，57，86等，經(jīng)常在工程現(xiàn)場聽到42步進，57步進就是指法蘭尺寸。步進和伺服的法蘭不是一個系列，這也是區(qū)分伺服還是步進的一個重要因素。

3.伺服的加速時間可以忽略，步進不能忽略

伺服的加速時間只有幾毫秒，完全可以忽略不計，而步進電機的加速時間，有幾百毫秒，不要小看這點差距，雖然我們用直覺感受不出來，但是它卻對機械設(shè)備的節(jié)拍有著至關(guān)重要的影響。

4.伺服過載能力強，步進幾乎沒有過載能力

伺服電機一般都有過載能力看比如180%，300%等，而步進幾乎沒有什么過載能力。

5.伺服價格高，步進便宜

這個就不說了，如果單單算重量，步進和廢銅爛鐵價格差不多了，而伺服，相對來說價格很高。步進主要用于速度不高，不頻繁啟停的場合，特別是安裝空間狹小的地方，甚至，我們可以把步進當做氣缸看待。而伺服，用的場合顯然比步進更廣泛，比如頻繁啟停，各種高速設(shè)備等。