伺服電機(jī)無(wú)刷與有刷要怎么選擇？伺服電機(jī)不同類型及其特點(diǎn)詳解！
伺服電機(jī)，作為自動(dòng)控制裝置的核心部件之一，在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中扮演著至關(guān)重要的角色。本文將深入探討伺服電機(jī)的各種類型、工作原理以及性能特點(diǎn)，以便更好地理解其在自動(dòng)化系統(tǒng)中的應(yīng)用。
伺服電機(jī)概述
伺服電機(jī)是一種微型電機(jī)，用于將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。它的名稱“伺服”源自希臘語(yǔ)中的“奴隸”，因?yàn)樗欧姍C(jī)能夠絕對(duì)服從控制信號(hào)的指令，具有以下特點(diǎn)：
靜止不動(dòng)：在控制信號(hào)發(fā)出之前，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)。
立即響應(yīng)：一旦控制信號(hào)發(fā)出，伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子會(huì)立即開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。
即時(shí)停止：當(dāng)控制信號(hào)消失時(shí)，伺服電機(jī)能夠立即停止運(yùn)動(dòng)。
伺服電機(jī)分為兩大類：交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)。接下來(lái)，我們將分別討論它們的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)。
交流伺服電機(jī)
交流伺服電機(jī)的基本構(gòu)造與交流感應(yīng)電動(dòng)機(jī)（異步電機(jī)）相似，它包括兩個(gè)相空間位移90°電角度的繞組：勵(lì)磁繞組（Wf）和控制繞組（Wc）。這些繞組接收定量的交流電壓，通過(guò)改變施加在Wc上的電壓或相位來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的控制。交流伺服電機(jī)具有以下特點(diǎn)：
運(yùn)行穩(wěn)定：交流伺服電機(jī)在整個(gè)速度區(qū)域內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)平滑的控制，幾乎沒(méi)有振蕩。
高效率：90%以上的高效率，發(fā)熱較少。
高精度位置控制：取決于編碼器的精度，可以實(shí)現(xiàn)高精度的位置控制。
低噪音：交流伺服電機(jī)通常運(yùn)行較安靜。
無(wú)電刷磨損：交流伺服電機(jī)不使用電刷，因此無(wú)電刷磨損。
適用于無(wú)塵、易爆環(huán)境：由于沒(méi)有電刷磨損，交流伺服電機(jī)適用于要求無(wú)塵和易爆環(huán)境。
直流伺服電機(jī)
直流伺服電機(jī)的基本構(gòu)造與一般直流電動(dòng)機(jī)相似，其電機(jī)轉(zhuǎn)速由以下公式?jīng)Q定：n = E / K1j = (Ua - IaRa) / K1j，其中E為電樞反電動(dòng)勢(shì)，K為常數(shù)，j為每極磁通，Ua和Ia分別為電樞電壓和電樞電流，Ra為電樞電阻。直流伺服電機(jī)的特點(diǎn)如下：
優(yōu)點(diǎn)：
速度控制精確。
轉(zhuǎn)矩速度特性硬，具有線性特性。
控制原理相對(duì)簡(jiǎn)單，易于使用。
價(jià)格相對(duì)較低。
缺點(diǎn)：
電刷換向：直流伺服電機(jī)使用電刷，會(huì)引起電刷磨損。
速度限制：速度受到一定限制。
附加阻力：電刷和摩擦?xí)腩~外的阻力。
產(chǎn)生磨損微粒：由于電刷磨損，可能產(chǎn)生微小的磨損粒子，不適用于無(wú)塵和易爆環(huán)境。
直流伺服電機(jī)的控制相對(duì)簡(jiǎn)單，因此在一些成本敏感的工業(yè)和民用場(chǎng)合中廣泛應(yīng)用。
有刷電機(jī)與無(wú)刷電機(jī)
直流伺服電機(jī)可以分為有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)兩種類型。
有刷電機(jī)具有以下特點(diǎn)：
成本較低。
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。
調(diào)速范圍寬。
控制相對(duì)容易。
需要維護(hù)，但維護(hù)相對(duì)容易（例如更換電刷）。
可能產(chǎn)生電磁干擾，對(duì)使用環(huán)境要求較高。
無(wú)刷電機(jī)則具有以下特點(diǎn)：
體積小、重量輕。
出力大、響應(yīng)快。
速度高、慣量小。
力矩穩(wěn)定、轉(zhuǎn)動(dòng)平滑。
控制較為復(fù)雜，支持智能化。
電子換相方式靈活，可以使用方波或正弦波換相。
無(wú)需維護(hù)。
高效節(jié)能。
電磁輻射小、壽命長(zhǎng)。
適用于各種環(huán)境。
交流伺服電機(jī)也可以屬于無(wú)刷電機(jī)的范疇，分為同步和異步電機(jī)。通常，現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)更傾向于使用同步電機(jī)，因?yàn)樗鼈兙哂写蠊β史秶?、大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和低轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，適用于低速平穩(wěn)運(yùn)行的場(chǎng)合。
無(wú)論是直流伺服電機(jī)還是交流伺服電機(jī)，其內(nèi)部都包括永磁鐵轉(zhuǎn)子，通過(guò)驅(qū)動(dòng)器控制U/V/W三相電來(lái)形成電磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，電機(jī)通常搭配編碼器，將反饋信號(hào)傳送給驅(qū)動(dòng)器，以實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)子位置的精確控制。伺服電機(jī)的精度主要取決于編碼器的精度，通常以線數(shù)表示。
伺服電機(jī)工作原理
交流伺服電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)類似于電容分相式單相異步電動(dòng)機(jī)，包括勵(lì)磁繞組（Rf）和控制繞組（L）。勵(lì)磁繞組始終接收交流電壓（Uf），而控制繞組連接控制信號(hào)電壓（Uc），因此它們也被稱為“兩個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)”。交流伺服電機(jī)的工作原理如下：
起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大：由于交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻較大，因此具有機(jī)械特性更接近于線性，具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。這使得當(dāng)定子施加控制電壓時(shí)，轉(zhuǎn)子能夠迅速啟動(dòng)，具有快速響應(yīng)和高靈敏度的特點(diǎn)。
運(yùn)行范圍寬：交流伺服電機(jī)能夠在整個(gè)速度區(qū)域內(nèi)平穩(wěn)運(yùn)行，噪音較小，而且不容易出現(xiàn)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。
無(wú)自轉(zhuǎn)現(xiàn)象：伺服電機(jī)在運(yùn)行中，一旦失去控制電壓，電機(jī)立即停止運(yùn)行，沒(méi)有自轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
與電容分相式單相異步電機(jī)相比，交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻要大得多，這使得它們更適合用于自動(dòng)化控制系統(tǒng)，因?yàn)樗鼈兙哂懈玫木€性特性、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和響應(yīng)時(shí)間。
精密傳動(dòng)微特電機(jī)
"精密傳動(dòng)微特電機(jī)"是一種用于實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)控制的微型電機(jī)。它能夠在系統(tǒng)中頻繁啟動(dòng)、停止、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)和低速運(yùn)行，具有高機(jī)械強(qiáng)度、高耐熱等級(jí)和高絕緣等級(jí)的特點(diǎn)。這些特性使得它們非常適合需要高精度和高可靠性的應(yīng)用。
精密傳動(dòng)微特電機(jī)可以分為多個(gè)類別，每種類別具有不同的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。以下是一些常見(jiàn)的精密傳動(dòng)微特電機(jī)的類別：
交流伺服電機(jī)：交流伺服電機(jī)可以根據(jù)不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為不同類型，包括籠型兩相交流伺服電機(jī)、非磁性杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)、鐵磁杯型轉(zhuǎn)子兩相交流伺服電機(jī)、同步型永磁交流伺服電機(jī)和異步型三相交流伺服電機(jī)。它們具有不同的機(jī)械特性和性能，適用于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。
直流伺服電機(jī)：直流伺服電機(jī)也可以分為多種類型，包括印制繞組直流伺服電機(jī)、線繞盤式直流伺服電機(jī)、杯型電樞永磁直流電機(jī)和無(wú)刷直流伺服電機(jī)。每種類型都具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景。
力矩電機(jī)：力矩電機(jī)是一種特殊類型的電機(jī)，包括直流力矩電機(jī)、無(wú)刷直流力矩電機(jī)、籠型交流力矩電機(jī)和實(shí)心轉(zhuǎn)子交流力矩電機(jī)。它們具有高輸出轉(zhuǎn)矩、低速或堵轉(zhuǎn)下連續(xù)工作、機(jī)械和調(diào)節(jié)特性好的特點(diǎn)。
步進(jìn)電機(jī)：步進(jìn)電機(jī)也是精密傳動(dòng)微特電機(jī)的一種，包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)。它們具有不同的步距角、啟動(dòng)與運(yùn)行頻率、步距角精度等特點(diǎn)，適用于需要精確位置控制的應(yīng)用。
開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)：開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)是一種具有調(diào)速范圍小、噪音大和機(jī)械特性復(fù)雜的電機(jī)，它的結(jié)構(gòu)類似于大步距反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。
直線電機(jī)：直線電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，具有高速伺服性能、高功率因數(shù)和高效率。
這些精密傳動(dòng)微特電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)械制造、航空航天、醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。它們能夠滿足不同應(yīng)用的需求，提供高精度、高可靠性的運(yùn)動(dòng)控制，為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。無(wú)論是在制造流水線上的機(jī)器人，還是醫(yī)療設(shè)備中的精確運(yùn)動(dòng)控制，精密傳動(dòng)微特電機(jī)都發(fā)揮著不可替代的作用。
