什么是伺服电动机?_生活百科

什么是伺服电动机?

[拼音]：cifu diandongji

[外文]：servomotor

用作自动控制装置中执行元件的微特电机。又称执行电动机。其功能是将电信号转换成转轴的角位移或角速度。

伺服电动机分交、直流两类。为了使负载能够在所要求的速度、加速度及张力范围内运动，伺服电动机不仅要满足一定的静态指标，如有足够的功率、转矩等，还应满足一定的动态指标，如快速响应、灵敏度和可控性等。

伺服电动机的负载可以是惯性负载、摩擦负载，也可以是外加阻力矩或是它们的任何组合。电动机与负载在性质和联接方式（如减速装置、联动装置）上均不同，它们的时间响应和相互影响程度也不同，因此，电动机和负载必须一起考虑。

整个控制系统的动特性通常主要决定于电动机和负载的特性。在有些控制机构中，负载可以忽略不计，这时控制系统的动特性主要与电动机有关，这种控制系统通常称为仪表伺服系统。

交流伺服电动机

其作用原理与交流感应电动机(见异步电动机)相同，如图1所示。在定子上有两个相空间位移 90°电角度的励磁绕组Wf和控制绕组Wc。励磁绕组Wf接一恒定交流电压，利用施加到控制绕组Wc上的交流电压或相位的变化，达到控制电动机运行的目的。

交流伺服电动机常用的转子结构有笼式和非磁性杯形。笼式转子与感应电动机的笼式转子结构相似，但较之细长，其励磁电流较小，功耗低，体积较小，机械强度较高。广泛应用于交流控制系统。非磁性杯形转子是用非磁性金属如铝、紫铜等制成。这种转子惯量小，运行平稳，噪声小，灵敏度高，主要用于一些要求运行平滑的系统。

交流伺服电动机的主要特点如下。

（1）运行稳定。交流伺服电动机与一般异步电动机相比，具有更大的转子电阻，它的机械特性的斜率都是负值，如图2中R4曲线。转速随转矩的增加而均匀下降，因此，可在n为0～n0（空载转速）之间稳定运行。这样的机械特性决定了电机的效率较低。

（2）可控性好。两相交流伺服电动机机械特性的斜率为负值，在单相供电时，转矩和转速符号相反，因此，当单相励磁时，电机不会发生自转现象，即控制信号一旦消失，电机立即停转。

（3）快速响应。控制绕组接到控制信号后，能快速起动，信号消失后，又立即自行制动、停转。一般用机械的和电的两个时间常数来表征。时间常数小，快速响应良好。要求电动机具有高堵转转矩、小的转子惯量及电感和电阻比值。

（4）灵敏度高。电机具有小的起动电压。起动电压指的是额定励磁电压下，加于控制绕组以使电机开始连续转动的最小电压。起动电压愈小，则灵敏度愈高，系统的不灵敏区愈小。一般起动电压应小于额定电压的3～4％。

（5）机械特性和调节特性的非线性度指标严格。机械特性的非线性度 Km是指在额定励磁电压下，对任意控制电压时的实际机械特性与线性机械特性在转矩M 等于Mk/2时的转速差Δn（图3）与空载转速n0之比的百分数，即Km＝Δn/n0×100％。Km要求小于10～15％。

调节特性的非线性度Kr是指在额定的励磁电压和恒定的转矩下，当实际控制电压的百分值αe等于0.7时(图4)，实际调节特性与线性调节特性转速差Δn与空载转速 n0之比的百分数，即Kr=Δn/n0×100％。Kr要求小于15～25％。

Km和Kr愈小，电机性能愈接近线性，系统的动态误差就愈小。

直流伺服电动机

其工作原理（图5）与一般直流电动机相同，电动机转速n为

n=E/K1φ=(Ua-IaRa)/K1φ

式中K1为常数。改变电枢电压Ua或改变磁通φ，均可控制直流伺服电动机的转速，但一般采用控制电枢电压的方法。在永磁式直流伺服电动机中，励磁绕组被永久磁铁所取代，磁通φ 恒定。

直流伺服电动机具有良好的线性调节特性及快速的时间响应。

70年代以来，直流伺服电动机应用非常广泛，常用的类型、结构及特点如表。

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