圖1杯形轉(zhuǎn)子伺服電機的結(jié)構(gòu)圖

控制電動機有幾種類型，這里僅介紹兩種常用的伺服電動機和步進電動機。

伺服電機

伺服電動機的控制任務(wù)是通過將電壓信號轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)矩和速度來驅(qū)動控制對象。

1.交流伺服電機

交流伺服電動機是兩相異步電動機。定子配有兩個繞組：勵磁繞組和控制繞組。相隔90o，如圖1所示。

為了減小慣性矩，轉(zhuǎn)子由鋁合金或銅合金制成的中空薄圓柱體制成，通常稱為杯形轉(zhuǎn)子。您也可以使轉(zhuǎn)子成為籠子。

圖2是交流伺服電機的接線圖。勵磁繞組1與電容器C串聯(lián)，并連接到交流電源，電壓為。控制繞組2通常連接到電子放大器的輸出端子，控制電壓是放大器的輸出電壓。

圖2交流伺服電機接線圖

選擇適當(dāng)?shù)碾娙葜担允箖蓚€繞組中的電流和的相位差接近90o。這樣，產(chǎn)生了兩相旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子像電容器分相單相異步電動機一樣旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)電源電壓恒定且信號控制電壓的大小和相位改變時，您可以控制電動機的速度和方向。當(dāng)控制電壓達到零時，電動機立即停止。

交流伺服電機的輸出功率通常為0.1?100W，并且有多種類型的工頻，例如50Hz和400Hz。

圖3顯示了將交流伺服電機應(yīng)用于熱電偶溫度計的自動平衡電位計電路的示例。測量溫度時，請關(guān)閉點b處的開關(guān)，并使用電位計電阻器段中的壓降來平衡熱電偶的電動勢。如果兩者不相等，則會產(chǎn)生不平衡電壓（即差電壓）。轉(zhuǎn)換器將不平衡電壓轉(zhuǎn)換為交流電壓，然后由電子放大器放大。放大器的輸出端子連接到交流伺服電機的控制繞組。然后，電動機旋轉(zhuǎn)以驅(qū)動電位計電阻器的滑動觸點。滑動觸點的運動方向是電路平衡的方向。當(dāng)達到刻度（）時，電動機停止旋轉(zhuǎn)。此時，電阻的電壓降與火力完全相同。如果保持在標(biāo)準(zhǔn)值，則電阻的大小可以反映熱功率或直接反映所測溫度的大小。當(dāng)測得的溫度改變時，的極性改變。換句話說，控制電壓異相，因此伺服電動機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，然后達到平衡。

圖3自動平衡電位計電路的原理圖

為了將電流保持在恒定的標(biāo)準(zhǔn)值，可以在測量之前或校準(zhǔn)期間在a點將開關(guān)閉合，并可以連接標(biāo)準(zhǔn)電池（電動勢）。然后調(diào)整，使其為，甚至為。此時，當(dāng)前的與標(biāo)準(zhǔn)值相同。可變電阻器的滑動觸點通常由伺服電機驅(qū)動，以自動滿足的要求。

2，直流伺服電動機

DC伺服電機的結(jié)構(gòu)與一般的外部勵磁DC電機相同，但它做得更薄以減小慣性矩。通常采用電樞控制。即，勵磁電壓是恒定的，設(shè)定磁通Φ也是恒定值，并且控制電壓被添加到電樞。接線圖如圖4所示。由于信號電壓很小，因此需要對其進行放大。

圖4直流伺服電機接線圖

從式（4.11.4）可以看出，當(dāng)磁通量在特定負載轉(zhuǎn)矩下恒定時，電樞電壓增加時電動機速度增加，反之，電樞電壓如下時，電動機速度增加。電動機速度增加。降低時，速度降低；如果為，則電動機立即停止。要使電動機反轉(zhuǎn)，可以更改電樞電壓的極性。

DC伺服電機通常用于大功率系統(tǒng)中，輸出功率通常為1到600W。

現(xiàn)在，以伺服系統(tǒng)為例，說明直流伺服電機的應(yīng)用。

圖5是使用電位計的位置跟蹤系統(tǒng)的示意圖。 θ和是電位計和軸的角位移（旋轉(zhuǎn)角），分別與電壓和成比例。是控制命令，是調(diào)整值，受控機器連接到軸。差分電壓被放大以控制伺服電動機，并且電動機通過變速箱驅(qū)動受控機器，因此根據(jù)θ改變。

圖5定位系統(tǒng)示意圖

第二，步進電動機

步進電動機是一種利用電磁原理將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為線性或角位移的電動機。近年來，它越來越多地用于數(shù)字控制設(shè)備中。例如，在數(shù)控機床上，已加工零件的圖形，尺寸和工藝要求被編譯成帶有特定符號的加工指令，在打孔的紙帶上打孔，然后輸入數(shù)字計算機。計算機根據(jù)給定的數(shù)據(jù)和要求執(zhí)行計算，然后發(fā)送電脈沖信號。每當(dāng)計算機發(fā)送脈沖時，步進電機就會旋轉(zhuǎn)一定角度，并且由步進電機驅(qū)動通過驅(qū)動器的工作臺或工具架會移動一小段距離（或以小角度旋轉(zhuǎn)）。脈沖一個接一個地傳輸，步進電機逐步旋轉(zhuǎn)，以達到自動加工零件的目的。

圖6是電抗式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖。定子有6個均勻分布的極，極上有繞組。兩個相反的磁極形成一個相，并且在圖中顯示了繞組連接方法。假定轉(zhuǎn)子具有均勻分布的4個齒。

下面介紹三種工作模式的基本原理：單三位，6位和雙三位。

1，單個三位

假設(shè)首先給相通電（不給兩相通電），則在軸向產(chǎn)生磁通，并通過轉(zhuǎn)子形成一個閉環(huán)。此時，極變?yōu)殡姶盆F的N極和S極。在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子總是試圖旋轉(zhuǎn)到磁阻小的位置，即轉(zhuǎn)子的齒與磁極對齊的位置[圖7（a）] ]。然后為相供電（兩相均未供電），轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)30o，齒與極對齊[圖7（b）]。然后，為相供電（兩個相的不供電），轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)30o。齒與極對齊[圖7（c）]。不難理解，當(dāng)脈沖信號一一傳輸時，如果以的順序循環(huán)電，電機轉(zhuǎn)子將沿順時針方向逐步旋轉(zhuǎn)。每個階躍的旋轉(zhuǎn)角度均為30o（稱為階躍角）。切換電流三次，磁場旋轉(zhuǎn)一次，轉(zhuǎn)子前進一個螺距角（如果轉(zhuǎn)子有4個齒，則為90o）。當(dāng)電源以的順序打開時，電動機轉(zhuǎn)子將逆時針旋轉(zhuǎn)。該通電方法稱為單三比特方法。

圖7：應(yīng)用單3次激發(fā)模式時的轉(zhuǎn)子位置

2、6位

圖8 6位功率模式下的轉(zhuǎn)子位置

假設(shè)首先激活相，并且轉(zhuǎn)子齒和定子磁極對齊[圖8（a）]。然后在相位仍處于活動狀態(tài)時打開相位。此時，定子的極在轉(zhuǎn)子齒2、4上具有自拔力，因此轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)，但是極繼續(xù)拉動齒1、3。因此，轉(zhuǎn)子變成兩個磁張力平衡的時刻。此時，轉(zhuǎn)子的位置如圖8（b）所示。也就是說，轉(zhuǎn)子已從圖（a）中的位置順時針旋轉(zhuǎn)了15o。然后，關(guān)閉步驟中的電源，并繼續(xù)打開步驟中的電源。此時，轉(zhuǎn)子齒2和4與定子的極對齊，并且轉(zhuǎn)子從圖8（c）的位置旋轉(zhuǎn)15o。然后連接相，仍為相供電，這時轉(zhuǎn)子再次旋轉(zhuǎn)15o，其位置如圖8（d）所示。這樣，當(dāng)電流以的順序循環(huán)時，轉(zhuǎn)子將以15o的步距角順時針逐步旋轉(zhuǎn)。切換電流6次，磁場旋轉(zhuǎn)1次，轉(zhuǎn)子前進螺距角。激活序列后，電動機轉(zhuǎn)子將逆時針旋轉(zhuǎn)。該通電方法稱為6位方法。

（a）相上電； （b）相上電; （c）階段上電; （d）供電至相位

3，雙三位

的結(jié)構(gòu)圖每次提供2相電源時，即以的順序提供電源時，稱為雙三位模式。從圖8（b）和圖8（d）可以看出，步距角也是30°。

從上方看，使用單三重和雙三重方法，您可以看到轉(zhuǎn)子在執(zhí)行3步之前具有一個俯仰角，并且每步前進了該俯仰角的1/3。使用6位方法的轉(zhuǎn)子以一個螺距角前進需要6步，而每一步都以螺距角的1/6前進。因此，可以通過以下公式來計算步距角θ。

在公式中：

——轉(zhuǎn)子齒數(shù)

m——運行位。

實際上，典型的步進電機的步距角不是30o或15o，常見的是3o或1.5o。通過上面的公式，不僅轉(zhuǎn)子上有4個齒（螺距，每個螺距為），還可以找到40個齒（螺距，每個螺距為9o）。為了使轉(zhuǎn)子齒與固定齒對齊，齒的寬度和螺距必須相同。因此，除了定子上的6個極以外，每個極面上還有5個小齒，與轉(zhuǎn)子齒相同。步進電機的結(jié)構(gòu)圖如圖9所示。

從以上介紹可以看出，步進電機具有結(jié)構(gòu)簡單，維修方便，精度高，啟動靈敏，停止準(zhǔn)確的特點。另外，步進電動機的速度由電脈沖的頻率確定，并與該頻率同步。

命令輸入的電脈沖不能直接用于控制步進電機。使用脈沖分頻器，首先根據(jù)上電操作模式分配電脈沖，然后通過脈沖放大器進行放大，以便必須有足夠的功率來運行電動機。即

脈沖分頻器和脈沖放大器被稱為步進電機的驅(qū)動力，它是由電機驅(qū)動的負載，例如機床工作臺（由螺桿驅(qū)動）。