什么類型的電機(jī)是伺服電機(jī)？

簡(jiǎn)短的回答是：沒有單一的“類型”伺服電機(jī)。術(shù)語“伺服”僅表示電機(jī)在閉環(huán)控制系統(tǒng)中運(yùn)行，該系統(tǒng)使用來自編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器（通常集成到電機(jī)或安裝在電機(jī)上）的反饋來比較電機(jī)的實(shí)際位置、速度或扭矩與指令價(jià)值。請(qǐng)注意，此定義未指定電機(jī)的基本結(jié)構(gòu)或操作。但有些電機(jī)類型比其他電機(jī)更適合伺服應(yīng)用——通常涉及具有良好調(diào)節(jié)速度或扭矩的高精度運(yùn)動(dòng)。這里概述了各種類型的電機(jī)，以及為什么某些電機(jī)設(shè)計(jì)在伺服應(yīng)用中的性能優(yōu)于其他電機(jī)。各種電機(jī)之間的個(gè)區(qū)別通常是它們是使用交流電源還是直流電源運(yùn)行。交流電機(jī)和直流電機(jī)在操作上的根本區(qū)別在于，交流電機(jī)的速度由施加電壓的頻率和電機(jī)中的磁極數(shù)控制。對(duì)于直流電機(jī)，在電機(jī)負(fù)載恒定的情況下，速度與電源電壓成正比。正如您將在下面看到的，交流和直流電機(jī)都可以用作伺服電機(jī)。

交流電機(jī)：同步或異步

交流伺服電機(jī)

同步交流電機(jī)提供高扭矩密度和出色的動(dòng)態(tài)性能。交流電機(jī)可以進(jìn)一步分為兩類：同步電機(jī)和異步電機(jī)，這取決于它們旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度。對(duì)于同步電機(jī)，轉(zhuǎn)子以與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相同的速率旋轉(zhuǎn)，稱為同步轉(zhuǎn)速。同步交流電機(jī)在動(dòng)態(tài)應(yīng)用中具有較高的轉(zhuǎn)矩密度和優(yōu)異的性能，因此常用于伺服系統(tǒng)中。 同步交流電機(jī)也稱為永磁交流 (PMAC) 或無刷交流 (BLAC) 電機(jī)。在異步電動(dòng)機(jī)（也稱為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)）中，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)速度比定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)慢。感應(yīng)電機(jī)通常與變頻驅(qū)動(dòng)器一起使用以實(shí)現(xiàn)速度控制，但它們通常不包含反饋，因此它們不是真正的伺服設(shè)備。直流電機(jī)：有刷或無刷;直流電機(jī)細(xì)分為有刷和無刷版本，具體取決于它們是機(jī)械換向（帶電刷和換向器）還是電子換向（通過霍爾傳感器或其他反饋）。

伺服電機(jī)

帶有三個(gè)霍爾效應(yīng)傳感器的無刷直流 (BLDC) 電機(jī)，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。有刷和無刷直流電機(jī)均可用于伺服系統(tǒng)，但由于電刷和換向器的磨損和相關(guān)維護(hù)，有刷電機(jī)在伺服應(yīng)用中不太常見 。當(dāng)刷電機(jī)中 在伺服應(yīng)用中使用，所選擇的配置是典型的磁鐵的定子（相對(duì)于繞線定子），其是通常被稱為一永磁直流（PMDC）電機(jī)的設(shè)計(jì)。另一方面，無刷直流 (BLDC) 電機(jī)非常適合伺服應(yīng)用， 因?yàn)樗鼈兙哂懈咝屎涂煽啃?、低轉(zhuǎn)子扭矩（可改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)）和線性速度-扭矩關(guān)系。

同步交流電機(jī)和 BLDC 電機(jī)相同嗎？

與上述同步交流電機(jī)一樣，BLDC 電機(jī)也在轉(zhuǎn)子上使用永磁體并以同步速度運(yùn)行。從技術(shù)上講，運(yùn)行 BLDC 電機(jī)的電壓通過直流總線和電子電路從交流轉(zhuǎn)換為直流。因此，許多專家認(rèn)為這兩種電機(jī)類型是相同的技術(shù)，并將它們歸為永磁同步電機(jī) (PMSM)類別。但是同步交流電機(jī)和無刷直流電機(jī)的定子繞組不同，這種差異會(huì)影響它們的運(yùn)行和性能。

波形

分別用于同步交流和 BLDC 電機(jī)的正弦（左）和梯形（右）電流波形。

圖片來源：意法半導(dǎo)體

在 BLDC 電機(jī)中，定子線圈呈梯形纏繞并產(chǎn)生梯形反電動(dòng)勢(shì)波形，這往往會(huì)產(chǎn)生可聽噪聲。換向分六個(gè)步驟（每 60 度）實(shí)現(xiàn)，這會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。另一方面，同步交流電機(jī)具有正弦繞組定子并使用連續(xù)的正弦換向，從而消除了 BLDC 電機(jī)所經(jīng)歷的轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。這使得同步交流電機(jī)成為高性能工業(yè)伺服應(yīng)用的。

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