伺服電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁體，由驅(qū)動(dòng)器控制的U/V/W三相電形成電磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子在這個(gè)磁場(chǎng)的作用下旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，電機(jī)的編碼器向驅(qū)動(dòng)器反饋信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)反饋值與目標(biāo)值的比較來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角度。伺服電機(jī)的精度取決于編碼器的精度(行數(shù))。

交流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為兩部分，即定子部分和轉(zhuǎn)子部分。定子的結(jié)構(gòu)與旋變器基本相同，定子鐵芯內(nèi)放置90度電角度的兩相繞組。一組是勵(lì)磁繞組，另一組是控制繞組。交流伺服電機(jī)是兩相交流電機(jī)。當(dāng)使用交流伺服電機(jī)時(shí)，恒定的勵(lì)磁電壓Uf施加到勵(lì)磁繞組的兩端，控制電壓Uk施加到控制繞組的兩端。當(dāng)電壓施加到定子繞組時(shí)，伺服電機(jī)將快速轉(zhuǎn)動(dòng)。電流通過(guò)勵(lì)磁繞組和控制繞組在電機(jī)中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)方向決定電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)施加到任何繞組上的電壓反向時(shí)，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向就會(huì)改變，電機(jī)的方向也隨之改變。

　　交流伺服電機(jī)的分類(lèi)及其特點(diǎn)

長(zhǎng)期以來(lái)，當(dāng)需要高調(diào)速性能時(shí)，采用DC電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)一直占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，DC電機(jī)有一些固有的缺點(diǎn)，如電刷和換向器容易磨損，需要經(jīng)常維護(hù)。換向器換向時(shí)會(huì)產(chǎn)生火花，限制了電機(jī)的轉(zhuǎn)速和應(yīng)用環(huán)境。而且DC電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度大，鋼材消耗大，制造成本高。而交流電機(jī)，尤其是鼠籠式感應(yīng)電機(jī)，沒(méi)有上述缺點(diǎn)，轉(zhuǎn)子慣量比DC電機(jī)小，使得動(dòng)態(tài)響應(yīng)更好。在相同體積下，交流電機(jī)的輸出功率比DC電機(jī)提高10% ~ 70%。此外，交流電機(jī)的容量可大于DC電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)更高的電壓和速度?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床傾向于采用交流伺服驅(qū)動(dòng)，取代了DC伺服驅(qū)動(dòng)。

　　異步型

異步交流伺服電機(jī)是指交流感應(yīng)電機(jī)。分為三相和單相、鼠籠式和線繞式，通常采用鼠籠式三相感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。與同容量的DC電機(jī)相比，它的重量輕了1/2，價(jià)格只有DC電機(jī)的1/3。缺點(diǎn)是不能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)大范圍的平滑調(diào)速，滯后的勵(lì)磁電流必須從電網(wǎng)中吸收。因此，電網(wǎng)的功率因數(shù)惡化。

鼠籠轉(zhuǎn)子異步交流伺服電機(jī)簡(jiǎn)稱(chēng)異步交流伺服電機(jī)，用IM表示。

　　同步型

同步交流伺服電機(jī)雖然比感應(yīng)電機(jī)復(fù)雜，但比DC電機(jī)簡(jiǎn)單。和感應(yīng)電機(jī)一樣，它的定子裝有對(duì)稱(chēng)的三相繞組。但是轉(zhuǎn)子是不同的，根據(jù)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同可以分為電磁型和非電磁型。非電磁型分為磁滯型、永磁型和反作用型。其中，滯環(huán)同步電機(jī)和無(wú)功同步電機(jī)存在效率低、功率因數(shù)差、制造能力小等缺點(diǎn)。永磁同步電機(jī)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中。與電磁式相比，永磁式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率高的優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是體積大，啟動(dòng)特性差。但采用高剩磁感應(yīng)、高矯頑力的稀土磁體后，永磁同步電機(jī)比DC電機(jī)小1/2左右，質(zhì)量降低60%，轉(zhuǎn)子慣量降低到DC電機(jī)的1/5。與異步電機(jī)相比，由于采用永磁勵(lì)磁，消除了勵(lì)磁損耗和相關(guān)的雜散損耗，因此效率較高。由于電磁同步電機(jī)不需要集電環(huán)和電刷，其機(jī)械可靠性與感應(yīng)(異步)電機(jī)相同，但功率因數(shù)遠(yuǎn)高于異步電機(jī)，所以永磁同步電機(jī)的體積小于異步電機(jī)。這是因?yàn)樵诘退贂r(shí)，感應(yīng)(異步)電機(jī)由于功率因數(shù)低，在輸出相同有功功率時(shí)，其視在功率要大得多，而電機(jī)的主要尺寸取決于視在功率。

數(shù)控機(jī)床使用的交流電機(jī)一般為三相。它分為異步和同步交流伺服電機(jī)。

從建立所需氣隙磁場(chǎng)磁勢(shì)源的角度來(lái)看，同步交流電機(jī)分為電磁和非電磁兩類(lèi)。非電磁型有磁滯型、永磁型和反作用型。磁滯同步電機(jī)和反作用同步電機(jī)存在效率低、功率因數(shù)差、制造能力小等缺點(diǎn)。

　　永磁式同步電機(jī)：

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　　故數(shù)控機(jī)床進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)多采用永磁式同步電機(jī)。

　　異步型交流伺服電機(jī)：

　　與同容量的直流電機(jī)相比

　　故異步型交流伺服電機(jī)用在主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中。

　　同步和異步的區(qū)別：

　?。?）交流同步電機(jī)：轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，轉(zhuǎn)動(dòng)后，隨著定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化，轉(zhuǎn)子也做相應(yīng)頻率的速度變化，而且轉(zhuǎn)子速度等于定子速度，所以稱(chēng)“同步”。

　?。?）交流異步電機(jī)：轉(zhuǎn)子由感應(yīng)線圈和鐵心材料構(gòu)成。轉(zhuǎn)動(dòng)后，定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子的感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，感應(yīng)磁場(chǎng)追隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化，但轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)變化永遠(yuǎn)小于定子磁場(chǎng)的變化。在交流異步電機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)轉(zhuǎn)差率表示轉(zhuǎn)子與定子的速度差的比率。

　　1、永磁式交流同步電機(jī)

　　結(jié)構(gòu)：電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和檢測(cè)元件組成。

　　兩點(diǎn)啟示：

　　、有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)；

　　第二、轉(zhuǎn)子跟著磁場(chǎng)轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　三相對(duì)稱(chēng)電流

　　三相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（p=1）

　　永磁式交流同步電機(jī)工作原理和性能

　　其中，nr為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速；ns為同步轉(zhuǎn)速；θ為轉(zhuǎn)子磁極的軸線與定子磁極的軸線夾角；f1為交流電源頻率（定子供電頻率）；p為定子和轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)。

　　2、交流主軸電機(jī)

　　定子三相繞組通三相交流電，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子中的導(dǎo)體，導(dǎo)體感應(yīng)電流與定子磁場(chǎng)相作用產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速nr為

　　其中，ns為同步轉(zhuǎn)速；f1為交流電源頻率（定子供電頻率）；s為轉(zhuǎn)差率，s=（ns-nr）/ns；

　　p為極對(duì)數(shù)。

　　交流伺服電機(jī)的閉環(huán)驅(qū)動(dòng)

　　閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用直線型位置檢測(cè)裝置（直線感應(yīng)同步器、長(zhǎng)光柵等）對(duì)數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)位移進(jìn)行直接測(cè)量并進(jìn)行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)，其控制原理見(jiàn)圖1所示。這種系統(tǒng)有位置檢測(cè)反饋電路，有時(shí)還加上速度反饋電路。

　　1. 交流同步伺服電機(jī)的種類(lèi)

　　勵(lì)磁式、永磁式、磁阻式和磁滯式

　　2. 永磁交流同步伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)

　　電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和檢測(cè)元件組成。見(jiàn)圖2所示。其內(nèi)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3所示。

　　3．永磁交流同步伺服電機(jī)工作原理和性能

　　當(dāng)三相定子繞組通入三相交流電后，在定子、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生一個(gè)同步的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，設(shè)轉(zhuǎn)子為永久磁鐵，在磁力作用下，使轉(zhuǎn)子跟隨旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)動(dòng)。

　　只要負(fù)載不超過(guò)一定限度，就不會(huì)出現(xiàn)交流同步電動(dòng)機(jī)失步現(xiàn)象，這個(gè)負(fù)載極限稱(chēng)為同步扭矩。

　　用減少轉(zhuǎn)子慣量，或讓電動(dòng)機(jī)先低速再提高到所要求的速度等方法，解決同步電機(jī)啟動(dòng)困難的問(wèn)題。

　　主要參數(shù)：額定功率、額定扭矩、額定轉(zhuǎn)速等。

　　交流伺服電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：

　　◆ 動(dòng)態(tài)響應(yīng)好；

　　◆ 輸出功率大、電壓和轉(zhuǎn)速提高。

　　4. 永磁交流同步伺服電機(jī)的調(diào)速方法

　　進(jìn)給系統(tǒng)常使用交流同步電機(jī)，該電機(jī)沒(méi)有轉(zhuǎn)差率，電機(jī)轉(zhuǎn)速為

　　調(diào)速方法：變頻調(diào)速

　　5. 交流進(jìn)給伺服電機(jī)的速度控制系統(tǒng)

　　系統(tǒng)組成：速度環(huán)、電流環(huán) 、SPWN電路、功放電路、檢測(cè)反饋電路。見(jiàn)圖4所示。