淺析伺服電機(jī)的原理、分類及與步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別

什么是伺服電機(jī)？

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

自從伺服電機(jī)推出以來(lái)，伺服電機(jī)已經(jīng)在許多行業(yè)中證明了其相當(dāng)有用。多年來(lái)，伺服電機(jī)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(qiáng)大而且節(jié)能。有了這些特點(diǎn)，伺服電機(jī)廣泛用于遙控玩具車，飛機(jī)，機(jī)器人和各種工業(yè)設(shè)備。近年來(lái)伺服電機(jī)也被用于工業(yè)應(yīng)用，在線制造工廠，制藥服務(wù)，機(jī)器人和食品服務(wù)行業(yè)。

伺服電機(jī)有幾種分類？

有直流伺服電機(jī)和交流伺服電機(jī)兩種分類，其主要特點(diǎn)是當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)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(jī)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(jī)能夠應(yīng)對(duì)更高的電流浪涌，并在工業(yè)機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。談到價(jià)格，直流電機(jī)比交流伺服更便宜，所以用得更多。此外，直流電機(jī)專門設(shè)計(jì)用于連續(xù)旋轉(zhuǎn)，這使其成為機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的理想選擇。

伺服電機(jī)的工作原理

伺服電機(jī)的工作原理比較簡(jiǎn)單，但是其工作比較高效。伺服電路內(nèi)置在電機(jī)單元內(nèi)部，它使用一根通常配有齒輪的柔性軸。電信號(hào)控制電機(jī)，也決定軸的移動(dòng)量。伺服電機(jī)內(nèi)部設(shè)置簡(jiǎn)單：小型直流電機(jī)，控制電路和電位器。直流電機(jī)通過(guò)齒輪連接在控制輪上，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電位器的電阻發(fā)生變化，控制電路能夠精確調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)和方向。

當(dāng)軸處于正確的(理想的)位置時(shí)，電機(jī)停止供電。如果軸沒有停在目標(biāo)的位置，電動(dòng)機(jī)一直運(yùn)轉(zhuǎn)，直到進(jìn)入正確的方向。目標(biāo)的位置通過(guò)使用電脈沖的信號(hào)線傳送。所以，電機(jī)的速度與實(shí)際和理想的位置成正比。當(dāng)電機(jī)接近所需位置時(shí)，電機(jī)開始緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，但電機(jī)轉(zhuǎn)到最遠(yuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)速很快。換句話說(shuō)，伺服電機(jī)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(dòng)機(jī)在沒有控制電壓時(shí)，氣隙中只有勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的脈動(dòng)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子上沒有啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩而靜止不動(dòng)。當(dāng)有控制電壓且控制繞組電流和勵(lì)磁繞組電流不同相時(shí)，則在氣隙中產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向旋轉(zhuǎn)。但是對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)要求不僅是在控制電壓作用下就能啟動(dòng)，且電壓消失后電動(dòng)機(jī)應(yīng)能立即停轉(zhuǎn)。如果伺服電動(dòng)機(jī)控制電壓消失后像一般單相異步電動(dòng)機(jī)那樣繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)機(jī)的基本工作原理與普通直流電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。通常采用電樞控制方式，即在保持勵(lì)磁電壓不變的條件下，通過(guò)改變電樞電壓來(lái)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(shí)，電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。由于電樞電壓為零時(shí)電樞電流也為零，電動(dòng)機(jī)不產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，不會(huì)出現(xiàn)“自轉(zhuǎn)”。

電動(dòng)機(jī)原理：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理圖解（易懂版）

伺服電機(jī)步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別

1.伺服是高速低扭矩，步進(jìn)是低速大扭矩

一般說(shuō)來(lái)，伺服輕輕松松都能達(dá)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(jìn)，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(jī)了。其實(shí)步進(jìn)是很少加減速機(jī)的，就幾百的轉(zhuǎn)速，再加個(gè)減速機(jī)，那可真沒什么用了。

2.伺服法蘭是整的，步進(jìn)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(jìn)一般是42，57，86等，經(jīng)常在工程現(xiàn)場(chǎng)聽到42步進(jìn)，57步進(jìn)就是指法蘭尺寸。步進(jìn)和伺服的法蘭不是一個(gè)系列，這也是區(qū)分伺服還是步進(jìn)的一個(gè)重要因素。

3.伺服的加速時(shí)間可以忽略，步進(jìn)不能忽略

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

4.伺服過(guò)載能力強(qiáng)，步進(jìn)幾乎沒有過(guò)載能力

伺服電機(jī)一般都有過(guò)載能力看比如180%，300%等，而步進(jìn)幾乎沒有什么過(guò)載能力。

5.伺服價(jià)格高，步進(jìn)便宜

這個(gè)就不說(shuō)了，如果單單算重量，步進(jìn)和廢銅爛鐵價(jià)格差不多了，而伺服，相對(duì)來(lái)說(shuō)價(jià)格很高。步進(jìn)主要用于速度不高，不頻繁啟停的場(chǎng)合，特別是安裝空間狹小的地方，甚至，我們可以把步進(jìn)當(dāng)做氣缸看待。而伺服，用的場(chǎng)合顯然比步進(jìn)更廣泛，比如頻繁啟停，各種高速設(shè)備等。