第2章　直流伺服電動機

2.1　伺服電動機概述

2.1.1　伺服電動機的用途與分類

伺服電動機（又稱為執行電動機）是一種應用于運動控制系統中的控制電機，它的輸出參數，如位置、速度、加速度或轉矩是可控的。

伺服電動機在自動控制系統中作為執行元件，把輸入的電壓信號變換成轉軸的角位移或角速度輸出。輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓，改變控制電壓可以變更伺服電動機的轉速及轉向。

伺服電動機按其使用的電源性質不同，可分為直流伺服電動機和交流伺服電動機兩大類。

交流伺服電動機按結構和工作原理的不同，可分為交流異步伺服電動機和交流同步伺服電動機。交流異步伺服電動機又分為兩相交流異步伺服電動機和三相交流異步伺服電動機，其中兩相交流異步伺服電動機又分為籠型轉子兩相伺服電動機和空心杯形轉子兩相伺服電動機等。同步伺服電動機又分為永磁式同步電動機、磁阻式同步電動機和磁滯式同步電動機等。

直流伺服電動機有傳統式結構和低慣量型兩大類。直流伺服電動機按勵磁方式可分為永磁式和電磁式兩種。傳統式直流伺服電動機的結構形式和普通直流電動機基本相同，按勵磁方式可分為永磁式和電磁式兩種。常用的低慣量直流伺服電動機有以下幾種：

①盤形電樞直流伺服電動機；

②空心杯形電樞永磁式直流伺服電動機；

③無槽電樞直流伺服電動機。

隨著電子技術的飛速發展，又出現了采用電子器件換向的新型直流伺服電動機。此外，為了適應高精度低速伺服系統的需要，又出現了直流力矩電動機。在某些領域（例如數控機床），已經開始用直線伺服電動機。伺服電動機正在向著大容量和微型化方向發展。

伺服電動機的種類很多，本章介紹幾種常用伺服電動機的基本結構、工作原理、控制方式、靜態特性和動態特性等。

2.1.2　自動控制系統對伺服電動機的基本要求

伺服電動機的種類雖多，用途也很廣泛，但自動控制系統對它們的基本要求可歸結為以下幾點：

①寬廣的調速范圍：即要求伺服電動機的轉速隨著控制電壓的改變能在寬廣的范圍內連續調節。

②機械特性和調節特性均為線性：伺服電動機的機械特性是指控制電壓一定時，轉速隨轉矩的變化關系；調節特性是指電動機轉矩一定時，轉速隨控制電壓的變化關系。線性的機械特性和調節特性有利于提高自動控制系統的動態精度。

③無“自轉”現象：即要求伺服電動機在控制電壓降低為零時能立即自行停轉。

④快速響應：即電動機的機電時間常數要小，相應地伺服電動機要有較大的堵轉轉矩和較小的轉動慣量。這樣，電動機的轉速才能隨著控制電壓的改變而迅速變化。

⑤應能頻繁啟動、制動、停止、反轉以及連續低速運行。

此外，還有一些其他的要求，如希望伺服電動機具有較小的控制功率、重量輕、體積小等。