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伺服电动机结构、控制原理及应用

摘要：随着自动化技术、计算机技术、电力电子技术的发展，特别是高性能永磁

材料的问世，电动机制造技术水平得到了极大的提高，也为特种电动机的制造、

控制和应用提出了更高的要求，提供了更广阔的发展空间。

特种电机是电机中的一类主要是指因为使用环境和制作工业的特殊而

区别通用电机的名称。随着工业化发展以及自动化技术提高特种电机的使

用范围越来广泛种类越来越多。是以一类新型特种电机（步进电动机、自

整角机、直线电动机、超声波电动机等等之类的）为例，综述其原理，结

构，性能，应用以及研究热点。本次设计既有理论论述，又有实际工程应

用介绍，具有全面性、系统性、实用性、可读性的特点，避免繁琐的数学

运算和高深的理论，从实际出发，深入浅出，涉及的范围广，内容丰富，

特别是有具体的实例介绍，对于学习特种电动机应用具有重要的参考价值。

关键词：伺服电动机

课题背景

电动机是被广泛使用的一种动力机械它，是依据电磁感应原理将电能转换为机

械能的旋转动力装置。由于我国经济发展迅速，工农业生产和日常生活中使用的

电动机种类和数量日益增加，且性能各异，因此，必须熟悉各类电动机和负载机

械设备的类型、结构、性能及用途等，使其能安全、高效、经济地去拖动各种负

载机械设备。第1节电动机的分类电动机有多种分类方法，我国习惯按机座号(轴

中心高)或功率大小来分类，通常将各类电动机划分为大、中、小、微四种，其

中微型电动机按用途又分为驱动用和控制用两大类。每一种电动机又按它们工作

原理、结构特征、性能、用途等的不同，划分为单、三相异步电动机、同步电动

机和直流电动机几大类。例如中小型异步电动机的功率范围从0．55-1400kW(4

极)，其中0．55—250kW为小型异步电动机，250kW及以上则为中型异步电动

机。电动机的分类如表l—1所示。还可按其外壳防护型式、通风冷却方式、结

构和安装型式、使用环境条件，以及性能、用途、励磁方式和工作制等特征进行

分类。

伺服电动机的认知

伺服电动机是一种具有服从控制信号要求进行动作动能的执行器，无信

号时静止，有信号时即运行，因此有“伺服”性而得名。伺服电动机的作用是

在自动控制系统中进行将接收的控制信号转换为轴的角位移或角速度输出。

伺服电动机在控制系统中一般用作执行元件。根据被控对象的不同，由伺服

电动机组成的伺服系统一般有三种基本控制方式，即位置控制、速度控制和

力矩控制，通常位置和速度控制用得较多。

直流伺服电动机的机械特性和调节特性

1）机械特性

机械特性是指在控制电枢电压保持不变的情况下，直流流伺服电动机的转速n

随转矩变化的关系。当电枢电压为常值时:

当转矩为零时，电机的转速仅与电枢电压有关，此时的转速为直流伺服电动机的

理想空载转速，理想空载转速与电枢电压成正比，即：

当转速为零时，电机的转矩仅与电枢电压有关，此时的转矩称为堵转转矩，堵转

转矩与电枢电压成正比，即：

给定不同的电枢电压得到的直流伺服电动机的机械特性

k

不同电枢电压下的机械特性曲线为一组平行线，其斜率为-。

当控制电压一定时，不同的负载转矩对应不同的机械转速。转矩T增大时，转

速n降低。

2）调节特性

直流伺服电动机的调节特性是指负载转矩恒定时，电机转速与电枢电压的系。

当转矩一定时，转速与电压的关系也为一组平行线，当电动机的转矩T不

k

变时，控制电压增加，转速成正比地增加。其斜率为1/。

e

调节特性与横轴的交点所对应的电压值为始动电压，只有当控制电压大于始

动电压，电动机才会转动。负载转矩T不同时，始动电压也不同，T越大，始

LL

动电压越高，死区越大，