任务4.2 伺服电动机

任务4.2伺服电动机的认知主讲人：***项目4常用控制电机认知CONTENTS目录任务描述01任务实施05学习目标02任务分析03知识链接04拓展知识06自我检测07任务描述

伺服电动机是一种将输入的电信号转换成电动机转轴的机械转动的控制电机，被广泛应用于自动控制系统中，如数控机床、加工中心及雷达天线等。

某自动化生产线装配单元转盘料台由一台伺服电动机拖动，实现装配零件的上下料。该转盘料台要求转盘能以±0.036°的精度运动，已知转盘的负载惯量JL为0.025kg·m；联轴器惯量Jc=0.001kg·m，请您识读电动机铭牌或者手册，选择合适的伺服电动机。学习目标（1）了解交直流伺服电动机的结构；（2）理解交直流伺服电动机的工作原理；（3）理解伺服电动机主要参数；（4）掌握伺服电动机选型方法。知识目标01

能够进行伺服电动机选型。能力目标02（1）培养学习者团队协作精神和职业安全意识；（2）培养学习者自主学习和创新精神。素养目标03任务分析

拟完成本任务，必须掌握伺服电动机分类、结构原理及主要参数，然后参考选型方法，确定所选伺服电动机。知识链接

伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作为执行元件，将输入的电压信号转换成转矩或速度输出，以驱动控制对象。按照电源类型,伺服电机分为直流伺服电机和交流伺服电机两大类。按照换向方式,直流伺服电机分为有刷直流伺服电机和无刷直流伺服电机两种，交流伺服电机也是无刷电机。知识链接

4.2.1直流伺服电动机1.直流伺服电动机结构

直流伺服电动机在结构上主要由定子、转子、电刷及换向片等组成。（1）定子，定子磁场由定子的磁极产生。根据产生磁场的方式，磁极可分为永磁式和他激式。永磁式磁极由永磁材料制成。（2）转子，由硅钢片叠压而成，表面嵌有线圈，通以直流电时，在定子磁场作用下产生带动负载旋转的电磁转矩。（3）电刷与换向片，为使所产生的电磁转矩保持恒定方向，转子能沿固定方向均匀地连续旋转，电刷与外加直流电源相接，换向片与电枢导体相接。知识链接

2.直流伺服电动机工作原理

电机转子上的载流导体（即电枢绕组）在定子磁场中，受到电磁转矩的作用，使电机转子旋转，其转速为改变电枢电压Ua或改变每极磁通Φ来控制直流伺服电动机的转速，前者称为电枢电压控制，后者称为励磁磁场控制。知识链接

3.直流伺服电动机主要特性（1）运行特性

电动机稳态运行，回路中电流保持不变，电枢电流切割磁场磁力线所产生的电磁转矩Tm为直流伺服电动机运行特性表达式①机械特性直流伺服电动机的机械特性曲线如右图。在电枢电压不变时，电动机转速随负载转矩增加而降低；机械特性的线性度越高，系统的动态误差越小。知识链接

②调节特性。

当直流伺服电动机的激励磁场强度Φ和电磁转矩Tm均保持不变，则角速度ω可看作是电枢控制电压Ua的函数，即ω=f(Ua)，该特性称为直流伺服电动机的调节特性。知识链接

电磁式直流伺服电动机和永磁式直流伺服电动机的输入功率、输出功率、效率、转速、电枢电流与输出转矩的关系分别如图所示。知识链接

（2）主要参数

空载启动电压Us0，指直流伺服电动机在空载和一定激励条件下使转子在任意位置开始连续旋转所需的最小控制电压。Us0一般为额定压电的2%～12%，Us0

越小表示伺服电动机的灵敏度越高。

机电时间常数τj，是指直流伺服电动机在空载和一定激励条件下加以阶跃的额定控制电压，转速从零升至空载转速的63.2%所需的时间。一般机电时间常数τj≤0.03s，τj越小，系统的快速性越好。知识链接

4.2.2交流伺服电动机交流伺服电动机主要包括永磁交流伺服电动机和感应交流伺服电动机。交流伺服电机的内部结构主要分为定子、转子、编码器和其他辅助结构。伺服电机的编码器有增量式和绝对式两种。知识链接

4.2.3伺服电动机的主要参数与选型1.主要技术参数西门子SIMOTICSS-1FL6型伺服电动机铭牌如图4-17所示。知识链接

伺服电动机的主要参数如表4-3所示。知识链接

2.选型（1）确定负载类型在选型伺服电机之前，需要明确所驱动的负载类型，常见的负载类型有恒扭矩负载、抗扰负载和慢变负载。（2）计算惯量比，运动惯量会影响伺服电机的响应速度和控制精度。（3）选择合适的功率和转矩，通常情况下，伺服电机的额定转矩要略大于负载的最大转矩，同时还需要考虑加速度和减速度。（4）计算负载惯量与电机惯量，需要将伺服电机的惯量与负载的惯量加起来，得到系统的总惯量，再计算最大加速度和减速度，来确定电机的选型参数。知识链接

（5）选择合适的转速

有时需要通过伺服电机来控制负载的转速，在这种情况下需要选择合适的电机转速。通常情况下，伺服电机的稳定转速要略大于负载的最高工作转速。（6）配合控制器

需要配合相应的控制器，实现对伺服电机的精细控制。在这个过程中需要考虑控制器的性能和控制方式等因素。知识链接

4.1.4伺服电动机的应用

电子电位差计系统主要由热电偶、电桥电路、变流器、放大器与交流伺服电动机等组成。图4-18

电子电位差计原理图任务实施

本任务完成伺服电动机铭牌识读，能够根据铭牌信息选用伺服电动机。1.工具设备

本任务所需工具设备为手电筒（光线不足时使用）、放大镜（细小文字识别）、相机或手机（拍照记录）、笔记本和笔（记录关键参数）。2.实施步骤

（1）铭牌位置确认‌

伺服电机铭牌通常位于以下位置：‌电机外壳侧面或背面‌（最常见）；‌接线盒盖内侧‌（部分品牌如安川、三菱）；‌电机尾部‌（如松下、台达部分型号）；若铭牌污损或脱落，可参考电机手册或联系厂家获取信息。任务实施

（2）关键参数识读‌

铭牌上的参数通常包括以下内容：如型号、功率、电压、电流、转速、编码器类型等。（3）数据记录与验证‌①‌逐项记录‌：将铭牌信息整理成表格，见表4-3。任务实施

②‌拍照备份‌：确保铭牌照片清晰可辨。③‌交叉验证‌：对比电机手册或官网规格书进行交叉验证。④使用万用表测量电压/电阻（如绝缘测试）。3.注意事项‌（1）确保电动机断电，避免触电风险。（2）若铭牌位于设备内部，需先停机并确认安全。（3）铭牌模糊不清‌，用酒精棉清洁表面，联系厂家提供序列号查询。（4）‌参数冲突‌，优先以铭牌为准，若与手册不符需确认批次差异。任务实施

4.考核评价

根据任务内容进行考核评价，并填写表4-2拓展知识

伺服驱动器（servodrives）又称为“伺服控制器”、“伺服放大器”（中文版三菱手册称为伺服放大器，而西门子手册把变频器、伺服驱动器统称为变频器）。伺服驱动器根据控制命令和反馈信号对伺服电机进行位置、速度和扭矩控制拓展知识

1.位置控制。指工件或工具等以合适的速度向目标位置移动，并高精度地停止在目标位置。位置控制在伺服系统中应用最多，其控制精度可以达到微米以内，还能进行频繁的启停。2.速度控制通过控制输出电源的频率来对伺服电机进行调速，此时类似于变频器。与变频器不同的是引入了速度负反馈，伺服驱动器速度环检测伺服电机编码器的信号计算电机转轴转速，与输入速度指令比较，比较的偏差送入速度控制器。拓展知识

3.扭矩控制通过最内部的电流环实现，通过检测伺服驱动器给伺服电机各相的输出电流，与输入电流指令的偏差进行调节，从而使输出电流等于或接近设定电流。

自我测试

一、选择题1.伺服电动机将输入的电压信号变换成()，以驱动控制对象。A.动力B.位移C.电流D.转矩和速度2.伺服电机可分（）。A.直流伺服电机