伺服電機的概述

伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。

伺服電機可以控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。

伺服驅動器又稱為“伺服控制器”、“伺服放大器”，是用來控制伺服電機的一種控制器，其作用類似于變頻器作用于普通交流馬達，屬于伺服系統的一部分。一般是通過位置、速度和力矩三種方式對伺服電機進行控制，實現高精度的傳動系統定位。

一、伺服電機的分類

分為直流和交流伺服電動機兩大類，交流伺服電動機又分為異步伺服電動機和同步伺服電動機，目前交流系統正在逐漸代替直流系統。與直流系統相比，交流伺服電機具有高可靠性、散熱好、轉動慣量小、能工作于高壓狀態下等優點。因為無電刷和轉向器，故交流私服系統也成為無刷伺服系統，用于其中的電機是無刷結構的籠型異步電機和永磁同步型電機。

1）直流伺服電機分為有刷和無刷電機

①有刷電機成本低，結構簡單，啟動轉矩大，調速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護方便（換碳刷），產生電磁干擾，對使用環境有要求，通常用于對成本敏感的普通工業和民用場合；

②無刷電機體積小重量輕，出力大響應快，速度高慣量小，力矩穩定轉動平滑，控制復雜，智能化，電子換相方式靈活，可以方波或正弦波換相，電機免維護，高效節能，電磁輻射小，溫升低壽命長，適用于各種環境。

二、不同類型伺服電機的特點

1）直流伺服電機的優點和缺點

優點：速度控制精確，轉矩速度特性很硬，控制原理簡單，使用方便，價格便宜。

缺點：電刷換向，速度限制，附加阻力，產生磨損微粒（無塵易爆環境不宜）

2）交流伺服電機的優點和缺點

優點：速度控制特性良好，在整個速度區內可實現平滑控制，幾乎無振蕩，90%以上的高效率，發熱少，高速控制，高精確度位置控制（取決于編碼器精度），額定運行區域內，可實現恒力矩，慣量低，低噪音，無電刷磨損，免維護（適用于無塵、易爆環境）。

缺點：控制較復雜，驅動器參數需要現場調整PID參數確定，需要更多的連線。

目前主流的伺服驅動器均采用數字信號處理器（DSP）作為控制核心，可以實現比較復雜的控制算法，實現數字化、網絡化和智能化。功率器件普遍采用以智能功率模塊（IPM）為核心設計的驅動電路，IPM內部集成了驅動電路，同時具有過電壓、過電流、過熱、欠壓等故障檢測保護電路，在主回路中還加入軟啟動電路，以減小啟動過程對驅動器的沖擊。

功率驅動單元首先通過三相全橋整流電路對輸入的三相電或者市電進行整流，得到相應的直流電。經過整流好的三相電或市電，再通過三相正弦PWM電壓型逆變器變頻來驅動三相永磁式同步交流伺服電機。功率驅動單元的整個過程可以簡單的說就是AC-DC-AC的過程。整流單元（AC-DC）主要的拓撲電路是三相全橋不控整流電路。

三、伺服系統接線圖

1. 驅動器接線

伺服驅動器主要有控制回路電源、主控制回路電源、伺服輸出電源、控制器輸入CN1、編碼器接口CN2、連接起CN3。控制回路電源是單相AC電源，輸入電源可單相、三相，但是必須是220v，就是說三相輸入時，咱們的三相電源必須經過變壓器變壓才能接，對于功率較小的驅動器，可單相直接驅動，單相接法必須接R、S端子。

伺服電機輸出U、V、W切記千萬不能與主電路電源連接，有可能燒毀驅動器。CN1端口主要用于上位機控制器的連接，提供輸入、輸出、編碼器ABZ三相輸出、各種監控信號的模擬量輸出。

2. 編碼器接線

九個端子我們只使用了5個，一個屏蔽線、電源線兩根、串行通訊信號（+-）兩根，與我們普通的編碼器接線差不多。

3. 通訊端口

驅動器通過CN3端口與電腦PLC、HMI等上位機相連接，采用MODBUS通訊來控制驅動器，可使用RS232、RS485進行通訊。