伺服电动机的基本结构和工作原理2009年10月13日 伺服电动机也称执行电动机，是伺服系统中的重要元件，它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能。 在控制信号来到之后电动机转子立即转动，转速随控制信号变化而变化；当控制信号消失，转子能即时自 行停转。由于这种“伺服”的性能，因而得名。伺服电动机输入的电压控制信号称为控制电压，用uC 表示； 改变控制电压UC 可以改变伺服电动机的转速和转向。 伺服电动机可分为交流伺服电动机和直流伺服电动机两大类：直流伺服电动机通常用在功率稍大的系 统中，其输出功率一般为1～600W，有的也可达数千瓦；交流伺服电动机输出功率一般为O．1～100w， 其中常用的在．30W以下。 伺服电动机种类多、用途广，伺服控制系统对伺服电动机的基本要求有如下几点：要有宽广的调速 范围；灵敏度高，即起动要快，对控制信号的反应灵敏；具有线性的机械待性和调节特性；无“自转” 现象，即当控制电压为零时，电动机应能迅速自动停转。 1直流伺服电动机 直流伺服电动机的基本结构及工作原理与一般直流电动机相类似。为了适应各种不同伺服系统的需要， 直流伺服电动机从结构上作了许多改进，如无槽电枢伺服电动机；空心杯形电枢伺服电动机；无刷直流执 行伺服电动机；扁平形结构的直流力矩电动机等。这些类型的电动机具有转动惯量小、机电时间常数小、 对控制信号响应速度快、低速运行特性好等特点， 直流伺服电动机既可采用电枢控制，也可采用磁场控制，但一般多采用电枢控制。电枢控制时，其控 制电路如图6—11所示。图中将励磁绕组接于恒定电压uf，控制电压UC．接到伺服电动机电枢两端。 直流伺服电动机的机械特性同一般他励直流电动机的机械特性相同，也用下式表示： 12是直流伺服电动机不同控制电压下(uc为额定控制电压)的机械特性曲线n=f(T)。由图中可见： 在一定的负载转矩下，当励磁不变时，调节电枢电压uc，就可以调节电动机的转速。当控制电压uc=o 电动机立即停转。要电动机反转，可改变电枢电压uc的极性。 直流伺服电动机的主要优点如下： 1)体积小、重量轻、效率高，一般适用于功率较大的系统。 2)电枢控制时的机械特性和调节特性都是斜率不变的平行直线)调速范围广，从每分钟几十转到数千转。 主要缺点是： 1)结构较复杂，电刷和换向器需经常维护。 2)换向产生的火花，带来电磁干扰。 3)其控制信号来自直流放大器，因而直流放大器的零点漂移会影响系统的精度和稳定性。 2．交流伺服电动机 1)交流伺服电动机的结构与特点 交流伺服电动机分笼型转子和杯形转子(杯形转子可视为无数条并 联的导体条组成)两类结构，其工作原理与两相异步电动机相同。在定子铁心中嵌有两相绕组，彼此轴线，其中一相绕组称为励磁绕组，连接交流励磁电压 uf 另一相称为控制绕组，外接控制信号电 压uc。控制电压uc 的大小和相位随偏差信号的变化而改变。交流伺服电动机的结构与特点见表6-1。 励磁电压uf 与控制电压uc 的频率相等，但在相位上相差90图6—13是交流伺服电机的工作原理图， 图中uf 是交流励磁电压，uc 是控制电压。 (2)交流伺服电动机的控制原理和控制特性 由于励磁电压uf 与控制电压uc 的频率相等，但在相位上相 差90，所以在其两个绕组分别通入两个相位相差90的电流 ie因而产生了旋转磁场(见章单相电 动机～节的内容)，在旋转磁场的作用下，电动机的转子便转动起来。 当调节控制电压uc 的大小时，则转子的转速随之变化。控制电压高，电动机旋转得快，控制电压低， 电动机旋转得慢。当控制电压反相时，旋转磁场和转子也都反转。由此控制电动机的转速和转向。 在运行时如果控制电压变为零，电动机就立即停转。这是交流伺服电动机的特点，也是我们所要求的。 图6-14是交流伺服电动机在不同控制电压下的机械特性曲线，Uc 为额定控制电压的有效值。由图可见： 在一定负载转矩下，控制电压越高，则电动机的转速越高；在一定的控制电压下， 负载增加，转速下降。此外，由于转子电阻较大，机械特性曲线陡降较快，特性很软，不利于系统的 稳定。伺服电动机的电源频率有50Hz 和Hz 之分。 同直流伺服电动机相比，交流伺服电动机有如下缺点： 1)体积大，重量重，动态响应差，效率低。 2)机械特性非线性，导致系统的动态精度低。 3)若参数选择不当，或制造工艺不良，都会使电动机在单相状态下产生自转现象，而直流伺服电 动机则无自转现象。

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