伺服电动机和普通电动机的区别(伺服电动机和步进电动机)

图1杯形转子伺服电机的结构图

控制电动机有几种类型，这里仅介绍两种常用的伺服电动机和步进电动机。

伺服电机

伺服电动机的控制任务是通过将电压信号转换为转矩和速度来驱动控制对象。

1.交流伺服电机

交流伺服电动机是两相异步电动机。定子配有两个绕组：励磁绕组和控制绕组。相隔90o，如图1所示。

为了减小惯性矩，转子由铝合金或铜合金制成的中空薄圆柱体制成，通常称为杯形转子。您也可以使转子成为笼子。

图2是交流伺服电机的接线图。励磁绕组1与电容器C串联，并连接到交流电源，电压为。控制绕组2通常连接到电子放大器的输出端子，控制电压是放大器的输出电压。

图2交流伺服电机接线图

选择适当的电容值，以使两个绕组中的电流和的相位差接近90o。这样，产生了两相旋转磁场，转子像电容器分相单相异步电动机一样旋转。

当电源电压恒定且信号控制电压的大小和相位改变时，您可以控制电动机的速度和方向。当控制电压达到零时，电动机立即停止。

交流伺服电机的输出功率通常为0.1?100W，并且有多种类型的工频，例如50Hz和400Hz。

图3显示了将交流伺服电机应用于热电偶温度计的自动平衡电位计电路的示例。测量温度时，请关闭点b处的开关，并使用电位计电阻器段中的压降来平衡热电偶的电动势。如果两者不相等，则会产生不平衡电压（即差电压）。转换器将不平衡电压转换为交流电压，然后由电子放大器放大。放大器的输出端子连接到交流伺服电机的控制绕组。然后，电动机旋转以驱动电位计电阻器的滑动触点。滑动触点的运动方向是电路平衡的方向。当达到刻度（）时，电动机停止旋转。此时，电阻的电压降与火力完全相同。如果保持在标准值，则电阻的大小可以反映热功率或直接反映所测温度的大小。当测得的温度改变时，的极性改变。换句话说，控制电压异相，因此伺服电动机正转或反转，然后达到平衡。

图3自动平衡电位计电路的原理图

为了将电流保持在恒定的标准值，可以在测量之前或校准期间在a点将开关闭合，并可以连接标准电池（电动势）。然后调整，使其为，甚至为。此时，当前的与标准值相同。可变电阻器的滑动触点通常由伺服电机驱动，以自动满足的要求。

2，直流伺服电动机

DC伺服电机的结构与一般的外部励磁DC电机相同，但它做得更薄以减小惯性矩。通常采用电枢控制。即，励磁电压是恒定的，设定磁通Φ也是恒定值，并且控制电压被添加到电枢。接线图如图4所示。由于信号电压很小，因此需要对其进行放大。

图4直流伺服电机接线图

从式（4.11.4）可以看出，当磁通量在特定负载转矩下恒定时，电枢电压增加时电动机速度增加，反之，电枢电压如下时，电动机速度增加。电动机速度增加。降低时，速度降低；如果为，则电动机立即停止。要使电动机反转，可以更改电枢电压的极性。

DC伺服电机通常用于大功率系统中，输出功率通常为1到600W。

现在，以伺服系统为例，说明直流伺服电机的应用。

图5是使用电位计的位置跟踪系统的示意图。 θ和是电位计和轴的角位移（旋转角），分别与电压和成比例。是控制命令，是调整值，受控机器连接到轴。差分电压被放大以控制伺服电动机，并且电动机通过变速箱驱动受控机器，因此根据θ改变。

图5定位系统示意图

第二，步进电动机

步进电动机是一种利用电磁原理将电脉冲信号转换为线性或角位移的电动机。近年来，它越来越多地用于数字控制设备中。例如，在数控机床上，已加工零件的图形，尺寸和工艺要求被编译成带有特定符号的加工指令，在打孔的纸带上打孔，然后输入数字计算机。计算机根据给定的数据和要求执行计算，然后发送电脉冲信号。每当计算机发送脉冲时，步进电机就会旋转一定角度，并且由步进电机驱动通过驱动器的工作台或工具架会移动一小段距离（或以小角度旋转）。脉冲一个接一个地传输，步进电机逐步旋转，以达到自动加工零件的目的。

图6是电抗式步进电动机的结构示意图。定子有6个均匀分布的极，极上有绕组。两个相反的磁极形成一个相，并且在图中显示了绕组连接方法。假定转子具有均匀分布的4个齿。

下面介绍三种工作模式的基本原理：单三位，6位和双三位。

1，单个三位

假设首先给相通电（不给两相通电），则在轴向产生磁通，并通过转子形成一个闭环。此时，极变为电磁铁的N极和S极。在磁场的作用下，转子总是试图旋转到磁阻小的位置，即转子的齿与磁极对齐的位置[图7（a）] ]。然后为相供电（两相均未供电），转子顺时针旋转30o，齿与极对齐[图7（b）]。然后，为相供电（两个相的不供电），转子顺时针旋转30o。齿与极对齐[图7（c）]。不难理解，当脉冲信号一一传输时，如果以的顺序循环电，电机转子将沿顺时针方向逐步旋转。每个阶跃的旋转角度均为30o（称为阶跃角）。切换电流三次，磁场旋转一次，转子前进一个螺距角（如果转子有4个齿，则为90o）。当电源以的顺序打开时，电动机转子将逆时针旋转。该通电方法称为单三比特方法。

图7：应用单3次激发模式时的转子位置

2、6位

图8 6位功率模式下的转子位置

假设首先激活相，并且转子齿和定子磁极对齐[图8（a）]。然后在相位仍处于活动状态时打开相位。此时，定子的极在转子齿2、4上具有自拔力，因此转子顺时针旋转，但是极继续拉动齿1、3。因此，转子变成两个磁张力平衡的时刻。此时，转子的位置如图8（b）所示。也就是说，转子已从图（a）中的位置顺时针旋转了15o。然后，关闭步骤中的电源，并继续打开步骤中的电源。此时，转子齿2和4与定子的极对齐，并且转子从图8（c）的位置旋转15o。然后连接相，仍为相供电，这时转子再次旋转15o，其位置如图8（d）所示。这样，当电流以的顺序循环时，转子将以15o的步距角顺时针逐步旋转。切换电流6次，磁场旋转1次，转子前进螺距角。激活序列后，电动机转子将逆时针旋转。该通电方法称为6位方法。

（a）相上电； （b）相上电; （c）阶段上电; （d）供电至相位

3，双三位

的结构图每次提供2相电源时，即以的顺序提供电源时，称为双三位模式。从图8（b）和图8（d）可以看出，步距角也是30°。

从上方看，使用单三重和双三重方法，您可以看到转子在执行3步之前具有一个俯仰角，并且每步前进了该俯仰角的1/3。使用6位方法的转子以一个螺距角前进需要6步，而每一步都以螺距角的1/6前进。因此，可以通过以下公式来计算步距角θ。

在公式中：

——转子齿数

m——运行位。

实际上，典型的步进电机的步距角不是30o或15o，常见的是3o或1.5o。通过上面的公式，不仅转子上有4个齿（螺距，每个螺距为），还可以找到40个齿（螺距，每个螺距为9o）。为了使转子齿与固定齿对齐，齿的宽度和螺距必须相同。因此，除了定子上的6个极以外，每个极面上还有5个小齿，与转子齿相同。步进电机的结构图如图9所示。

从以上介绍可以看出，步进电机具有结构简单，维修方便，精度高，启动灵敏，停止准确的特点。另外，步进电动机的速度由电脉冲的频率确定，并与该频率同步。

命令输入的电脉冲不能直接用于控制步进电机。使用脉冲分频器，首先根据上电操作模式分配电脉冲，然后通过脉冲放大器进行放大，以便必须有足够的功率来运行电动机。即

脉冲分频器和脉冲放大器被称为步进电机的驱动力，它是由电机驱动的负载，例如机床工作台（由螺杆驱动）。