第2章　直流伺服电动机

2.1　伺服电动机概述

2.1.1　伺服电动机的用途与分类

伺服电动机（又称为执行电动机）是一种应用于运动控制系统中的控制电机，它的输出参数，如位置、速度、加速度或转矩是可控的。

伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件，把输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度输出。输入的电压信号又称为控制信号或控制电压，改变控制电压可以变更伺服电动机的转速及转向。

伺服电动机按其使用的电源性质不同，可分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。

交流伺服电动机按结构和工作原理的不同，可分为交流异步伺服电动机和交流同步伺服电动机。交流异步伺服电动机又分为两相交流异步伺服电动机和三相交流异步伺服电动机，其中两相交流异步伺服电动机又分为笼型转子两相伺服电动机和空心杯形转子两相伺服电动机等。同步伺服电动机又分为永磁式同步电动机、磁阻式同步电动机和磁滞式同步电动机等。

直流伺服电动机有传统式结构和低惯量型两大类。直流伺服电动机按励磁方式可分为永磁式和电磁式两种。传统式直流伺服电动机的结构形式和普通直流电动机基本相同，按励磁方式可分为永磁式和电磁式两种。常用的低惯量直流伺服电动机有以下几种：

①盘形电枢直流伺服电动机；

②空心杯形电枢永磁式直流伺服电动机；

③无槽电枢直流伺服电动机。

随着电子技术的飞速发展，又出现了采用电子器件换向的新型直流伺服电动机。此外，为了适应高精度低速伺服系统的需要，又出现了直流力矩电动机。在某些领域（例如数控机床），已经开始用直线伺服电动机。伺服电动机正在向着大容量和微型化方向发展。

伺服电动机的种类很多，本章介绍几种常用伺服电动机的基本结构、工作原理、控制方式、静态特性和动态特性等。

2.1.2　自动控制系统对伺服电动机的基本要求

伺服电动机的种类虽多，用途也很广泛，但自动控制系统对它们的基本要求可归结为以下几点：

①宽广的调速范围：即要求伺服电动机的转速随着控制电压的改变能在宽广的范围内连续调节。

②机械特性和调节特性均为线性：伺服电动机的机械特性是指控制电压一定时，转速随转矩的变化关系；调节特性是指电动机转矩一定时，转速随控制电压的变化关系。线性的机械特性和调节特性有利于提高自动控制系统的动态精度。

③无“自转”现象：即要求伺服电动机在控制电压降低为零时能立即自行停转。

④快速响应：即电动机的机电时间常数要小，相应地伺服电动机要有较大的堵转转矩和较小的转动惯量。这样，电动机的转速才能随着控制电压的改变而迅速变化。

⑤应能频繁启动、制动、停止、反转以及连续低速运行。

此外，还有一些其他的要求，如希望伺服电动机具有较小的控制功率、重量轻、体积小等。