伺服電機的工作原理

下圖為用功率運算放大器LM675制作的伺服電機控制電路，電機采用DC伺服電機。從圖中可以看出，功率運算放大器LM675由15V供電，15V通過RP1施加到運算放大器LM675的非反相輸入端，LM675的輸出電壓施加到伺服電機的輸入端。電機配有測速信號發生器，用于實時檢測電機轉速。測速信號發生器其實是一種發電機，其輸出電壓與轉速成正比。測速信號發生器g輸出的電壓經過分壓電路后作為速度誤差信號反饋給運算放大器的反相輸入端。速度指令電位計RP1設定的電壓值除以R1。R2，然后施加到運算放大器的非反相輸入端，這相當于參考電壓。

　　伺服電動機的控制原理圖

伺服電機用字母m表示，是驅動系統的動力源。運算放大器：由電路名稱表示，即LM675，是伺服控制電路中的放大器件，為伺服電機提供驅動電流。

速度指令電位器RP1:設置電路中運算放大器的參考電壓，即速度設置。放大器增益調節電位器RP2:用于電路中微調放大器的增益和速度反饋信號。當電機負載變化時，反饋到運算放大器反相輸入端的電壓也會變化，即電

當電機負載較重時，轉速會降低，測速信號發生器的輸出電壓也會降低，從而使運算放大器反相輸入端的電壓降低，電壓與參考電壓的差值增大，運算放大器的輸出電壓增大。相反，當負載降低，電機轉速升高時，測速信號發生器的輸出電壓升高，施加到運算放大器反相輸入端的反饋電壓增加，電壓與參考電壓之差減小，運算放大器的輸出電壓降低，會導致電機轉速相應降低，從而使轉速自動穩定在設定值。

　　伺服電機優點

1.精度：實現位置、速度、扭矩閉環控制；克服了步進電機失步的問題；

2.轉速：高速性能好，一般額定轉速可達2000 ~ 3000轉/分；

3.適應性：抗過載能力強，能承受三倍額定扭矩負荷，特別適用于瞬時負荷波動和快速啟動要求的場合；

4.穩定：低速運行穩定，低速運行時不會出現類似步進電機的步進運行現象。適用于有高速響應要求的場合；

5.時效性：電機加減速動態對應時間短，一般在幾十毫秒以內；

6.舒適度：發熱和噪音明顯降低。

　　伺服電機的選型步驟

每種類型的伺服電機的規格中都有額定轉矩、最大轉矩、伺服電機的慣性等參數。每個參數與負載扭矩和負載慣性之間必須有相關性。伺服電機的輸出轉矩應滿足負載機構運動條件的要求，如機構的加速度和重量。機構運動方式(水平和垂直旋轉)等。運動條件與伺服電機輸出功率沒有直接關系，但一般來說，伺服電機輸出功率越高，相對輸出轉矩越高。

因此，不僅機構的重量會影響伺服電機的選擇，而且運動條件也會改變伺服電機的選擇。慣性越大，加減速轉矩越大，加減速時間越短，伺服電機輸出轉矩越大。選擇伺服電機規格時，請遵循以下步驟。

(1)定義加載機構的運動條件，即加減速速度、運動速度、機構重量、機構運動方式等。

(2)根據工況要求，選擇

(6)主伺服電機的最大輸出轉矩必須大于加速轉矩負載轉矩；如果不符合要求，必須選擇其他型號進行計算驗證，直到符合要求。

(7)根據負載扭矩、加速扭矩、減速扭矩和保持扭矩計算連續瞬時扭矩。

(8)主伺服電機的額定轉矩必須大于連續瞬時轉矩。比如不滿足要求，必須選擇其他模型進行計算驗證，直到滿足要求。

　　（9）完成選定。

　　最簡單伺服電機選型計算方式

　　伺服電機選擇的時候，首先一個要考慮的就是功率的選擇。一般應注意以下兩點：

　　1、如果電機功率選得過小。就會出現“小馬拉大車”現象，造成電機長期過載，使其絕緣因發熱而損壞，甚至電機被燒毀。

　　2、如果電機功率選得過大。就會出現“大馬拉小車“現象，其輸出機械功率不能得到充分利用，功率因數和效率都不高，不但對用戶和電網不利。而且還會造成電能浪費。

　　也就是說，電機功率既不能太大，也不能太小，要正確選擇電機的功率，必須經過以下計算或比較：

　　P=：F*V/100

　　（其中P是計算功率，單位是KW，F是所需拉力，單位是N，V是工作機線速度m/s）

　　此外。最常用的是采用類比法來選擇電機的功率。所謂類比法，就是與類似生產機械所用電機的功率進行對比。

　　具體做法是：了解本單位或附近其他單位的類似生產機械使用多大功率的電機，然后選用相近功率的電機進行試車。試車的目的是驗證所選電機與生產機械是否匹配。

　　驗證的方法是：使電機帶動生產機械運轉，用鉗形電流表測量電機的工作電流，將測得的電流與該電機銘牌上標出的額定電流進行對比。

　　如果電功機的實際工作電流與銘脾上標出的額定電流上下相差不大，則表明所選電機的功率合適。

　　如果電機的實際工作電流比銘牌上標出的額定電流低70%左右。則表明電機的功率選得過大，應調換功率較小的電機。

　　如果測得的電機工作電流比銘牌上標出的額定電流大40%以上。則表明電機的功率選得過小，應調換功率較大的電機。

　　實際上應該是考慮扭矩（轉矩），電機功率和轉矩計算公式。

　　即T=9550P/n

　　式中：

　　P一功率，kW;n一電機的額定轉速，r/min;T一轉矩，Nm。

　　電機的輸出轉矩一定要大于工作機械所需要的轉矩，一般需要一個安全系數。

　　機械功率公式：P=T*N/97500

　　P：功率單位W;T：轉矩，單位克/cm;N：轉速，單位r/min。

　　伺服電機選型的注意事項

　　1、有些系統如傳送裝置，升降裝置等要求伺服電機能盡快停車，而在故障、急停、電源斷電時伺服器沒有再生制動，無法對電機減速。同時系統的機械慣量又較大，這時對動態制動器的要依據負載的輕重、電機的工作速度等進行選擇。

　　2、有些系統要維持機械裝置的靜止位置，需電機提供較大的輸出轉矩，且停止的時間較長。如果使用伺服的自鎖功能，往往會造成電機過熱或放大器過載，這種情況就要選擇帶電磁制動的電機。

　　3、有的伺服驅動器有內置的再生制動單元，但當再生制動較頻繁時，可能引起直流母線電壓過高，這時需另配再生制動電阻。再生制動電阻是否需要另配，配多大，可參照相應樣本的使用說明來配。

　　4、如果選擇了帶電磁制動器的伺服電機，電機的轉動慣量會增大，計算轉矩時要進行考慮。