伺服电机,顾名思义,它的核心作用在于将输入的电压信号精准地转化为轴上的角位移或角速度。在自动控制系统中,它常作为执行机构,助力系统实现精确控制。这种电机独特的特性是当有控制电压时,转子即刻旋转,失去控制电压则立即停止。轴的转动方向和速度均由控制电压的方向和大小来决定。根据供电类型,伺服电机主要分为交流电(AC)和直流电(DC)两大类。
一、DC伺服电机的详解
(1)基本结构
DC伺服电机中,传统的类型是基于小容量的普通直流电机,包括单独励磁电机和永磁电机,其构造与常规的直流电机大体一致。
杯形电枢DC伺服电机的转子设计轻盈且转动惯量小,响应快速,其采用非磁性空心杯形缸体。软磁材料制成的转子内定子和外定子间拥有较大的气隙。
而无刷DC伺服电机通过电子换向装置替代了传统的电刷和换向器,提升了工作的可靠性。其定子铁芯的结构与普通直流电机相似,但转子则是由永磁材料制成。
(2)工作原理
传统DC伺服电机的工作机制与普通DC电机无异,依赖电枢电流和气隙磁通产生电磁转矩,驱动电机旋转。通常采用电枢控制方式来调节转速,当电枢电压为零时,电机停止工作。
二、AC伺服电机的详述
(1)基本结构
AC伺服电机主要由定子和转子组成。其中定子铁芯一般由硅钢片层叠而成,两相绕组嵌入定子铁芯的槽内,一为励磁绕组,一为控制绕组,两者在空间上相差90度。
(2)工作原理
AC伺服电机在无控制电压时,气隙中仅存在由励磁绕组产生的脉动磁场,转子上无启动力矩。当存在控制电压且控制绕组电流与励磁绕组电流不一致时,气隙中产生旋转磁场并产生电磁转矩,驱动转子旋转。
三、两种伺服电机的差异
DC伺服电机的不足:
(1)结构相对复杂,制造难度大,成本高。
(2)电刷和换向器易磨损且会产生火花,这限制了其转速的上限。
AC伺服电机的优势:
(1)结构相对简单,成本较低,且转子惯量较DC电机小。