用作自動控制裝置中執行元件的微特電機。又稱執行電動機。其功能是將電信號轉換成轉軸的角位移或角速度。

  伺服電動機分交、直流兩類。為瞭使負載能夠在所要求的速度、加速度及張力範圍內運動,伺服電動機不僅要滿足一定的靜態指標,如有足夠的功率、轉矩等,還應滿足一定的動態指標,如快速回應、靈敏度和可控性等。

  伺服電動機的負載可以是慣性負載、摩擦負載,也可以是外加阻力矩或是它們的任何組合。電動機與負載載在性質和聯接方式(如減速裝置、聯動裝置)上均不同,它們的時間響應和相互影響程度也不同,因此,電動機和負載必須一起考慮。

  整個控制系統的動特性通常主要決定於電動機和負載的特性。在有些控制機構中,負載可以忽略不計,這時控制系統的動特性主要與電動機有關,這種控制系統通常稱為儀表伺服系統。

  交流伺服電動機 其作用原理與交流感應電動機(見異步電動機)相同,如圖1所示。在定子上有兩個相空間位移90°電角度的勵磁繞組Wf和控制繞組Wc。勵磁繞組Wf接一恒定交流電壓,利用施加到控制繞組Wc上的交流電壓或相位的變化,達到控制電動機運行的目的。

  交流伺服電動機常用的轉子結構有籠式和非磁性杯形。籠式轉子與感應電動機的籠式轉子結構相似,但較之細長,其勵磁電流較小,功耗低,體積較小,機械強度較高。廣泛應用於交流控制系統。非磁性杯形轉子是用非磁性金屬如鋁、紫銅等制成。這種轉子慣量小,運行平穩,噪聲小,靈敏度高,主要用於一些要求運行平滑的系統。

  交流伺服電動機的主要特點如下。

  ①運行穩定。交流伺服電動機與一般異步電動機相比,具有更大的轉子電阻,它的機械特性的斜率都是負值,如圖2中R4曲線。轉速隨轉矩的增加而均勻下降,因此,可在n為0~n0(空載轉速)之間穩定運行。這樣的機械特性決定瞭電機的效率較低。

  ②可控性好。兩相交流伺服電動機機械特性的斜率為負值,在單相供電時,轉矩和轉速符號相反,因此,當單相勵磁時,電機不會發生自轉現象,即控制信號一旦消失,電機立即停轉。

  ③快速響應。控制繞組接到控制信號後,能快速起動,信號消失後,又立即自行制動、停轉。一般用機械的和電的兩個時間常數來表征。時間常數小,快速響應良好。要求電動機具有高堵轉轉矩、小的轉子慣量及電感和電阻比值。

  ④靈敏度高。電機具有小的起動電壓。起動電壓指的是額定勵磁電壓下,加於控制繞組以使電機開始連續轉動的最小電壓。起動電壓愈小,則靈敏度愈高,系統的不靈敏區愈小。一般起動電壓應小於額定電壓的3~4%。

  ⑤機械特性和調節特性的非線性度指標嚴格。機械特性的非線性度Km是指在額定勵磁電壓下,對任意控制電壓時的實際機械特性與線性機械特性在轉矩M等於Mk/2時的轉速差Δn(圖3)與空載轉速n0之比的百分數,即Km=Δn/n0×100%。Km要求小於10~15%。

  調節特性的非線性度Kr是指在額定的勵磁電壓和恒定的轉矩下,當實際控制電壓的百分值αe等於0.7時(圖4),實際調節特性與線性調節特性轉速差Δn與空載轉速n0之比的百分數,即Krn/n0×100%。Kr要求小於15~25%。

  KmKr愈小,電機性能愈接近線性,系統的動態誤差就愈小。

  直流伺服電動機 其工作原理(圖5)與一般直流電動機相同,電動機轉速n

n=E/K1φ=(Ua-IaRa)/K1φ

式中 K 1為常數。改變電樞電壓 U a或改變磁通 φ,均可控制直流伺服電動機的轉速,但一般采用控制電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動機中,勵磁繞組被永久磁鐵所取代,磁通 φ恒定。

  直流伺服電動機具有良好的線性調節特性及快速的時間響應。

  70年代以來,直流伺服電動機應用非常廣泛,常用的類型、結構及特點如表。

常用直流伺服電動機類型、結構和特點