一、伺服電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)
1.直流伺服電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)
(1)空載始動(dòng)電壓U0在額定勵(lì)磁電壓和空載的情況下，使轉(zhuǎn)子在任意位置開(kāi)始連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)所需的最小控制電壓稱為空載始動(dòng)電壓�？蛰d始動(dòng)電壓小，則靈敏度高�？蛰d始動(dòng)電壓以額定控制電壓的百分比表示，一般為額定電壓的2％～12％，小功率電動(dòng)機(jī)U0較大。
(2)機(jī)電時(shí)間常數(shù)τm在額定勵(lì)磁電壓和空載情況下，加以階躍的額定控制電壓．電動(dòng)機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)加速到空載轉(zhuǎn)速63．2τm所需要的時(shí)間稱為機(jī)電時(shí)間常數(shù)。這個(gè)性能指標(biāo)是衡量電動(dòng)機(jī)響應(yīng)速度的，該值越小，說(shuō)明響應(yīng)越快速、靈敏。通常．伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)應(yīng)小于0．03s。
2．交流伺服電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)
除空載始動(dòng)電壓u。和機(jī)電時(shí)間常數(shù)τm兩項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)外，交流伺服電動(dòng)機(jī)還有另外兩項(xiàng)重要的技術(shù)指標(biāo)．具體介紹如下：
(1)機(jī)械特性的非線性度K。。在額定勵(lì)磁電壓下，任意控制電壓時(shí)的實(shí)際機(jī)械特性與線性機(jī)械特性在Te=Td／2(Td為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩)時(shí)的轉(zhuǎn)速偏差與空載轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)稱為機(jī)械特性的非線性度，即
圖4 16所示為機(jī)械特性的非線性度曲線，通常Km≤10％～20％。
(2)調(diào)節(jié)特性的非線性度Kv。在額定勵(lì)磁電壓和空載情況下，當(dāng)有效信號(hào)系數(shù)ae=O．7時(shí)，實(shí)際調(diào)節(jié)特性與線性調(diào)節(jié)特性的轉(zhuǎn)速偏差與有效信號(hào)系數(shù)ae=1時(shí)的空載轉(zhuǎn)速之比的百分?jǐn)?shù)稱為調(diào)節(jié)特性的非線性度，即
圖4 17所示為調(diào)節(jié)特性的非線性度曲線，通常Kv≤20％～25％。
二、伺服電動(dòng)機(jī)的使用原則
1．直流伺服電動(dòng)機(jī)使用原則
(1)電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)首先要接通勵(lì)磁電源，然后再加電樞電壓，以避免電樞繞組因長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)大電流而燒壞電機(jī)。這是因?yàn)槿绻燃与姌须妷�，電樞電流Ia=Uc／Ra，電壓Uc全部加在電樞電阻Ra上，而Ra很小，造成電樞電流Ia過(guò)大，極易燒壞電機(jī)。
(2)在電磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，****要避免勵(lì)磁繞組斷線，以免造成電樞電流過(guò)大和“飛車”事故
(3)永磁式直流伺服電動(dòng)機(jī)的性能很大程度上取決于永磁材料的優(yōu)劣。大多數(shù)永磁材料的機(jī)械強(qiáng)度不高，易于破碎。在安裝和使用這類電機(jī)時(shí)，要注意防止劇烈的振動(dòng)和沖擊，否則容易引起永磁體內(nèi)部磁疇排列的混亂，使永磁體退磁。另外，盡量遠(yuǎn)離熱源，因?yàn)橛行┯来挪牧系臏囟认禂?shù)較高，磁性能易受溫度變化的影響。
2．交流伺服電動(dòng)機(jī)使用原則
(1)交流伺服電動(dòng)機(jī)的電源是兩相的，但通常的電源是三相的或是單相的，這樣就要將電源移相之后才能使用。對(duì)于三相有中線的電源．可取一相電壓及其他兩相之間的線電壓分別作為勵(lì)磁電壓和控制電壓；對(duì)于三相無(wú)中線的電源，可利用三相變壓器二次的相電壓和線電壓形成90°相位移的電源系統(tǒng)。如果只有單相電源，則需要通過(guò)移相電容產(chǎn)生兩相電源，
通過(guò)對(duì)電容值的合理選擇-可以使勵(lì)磁電壓和控制電壓正好相差90°電角度。通常，移相電
容為零點(diǎn)幾微法到幾十微法。
(2)在控制系統(tǒng)中，控制信號(hào)通常通過(guò)放大器加到交流伺服電動(dòng)機(jī)的控制繞組上。這樣，大的控制電流和控制功率就會(huì)增大放大器的負(fù)擔(dān)，使放大器的體積和重量增大。可以通過(guò)在控制繞組兩端并聯(lián)電容的方法，提高控制相的功率因數(shù)，從而減小放大器輸出的無(wú)功電流，減小放大器的負(fù)擔(dān)。
(3)交流伺服電動(dòng)機(jī)為了滿足控制性能的要求，轉(zhuǎn)子電阻通常都設(shè)計(jì)得比較大，而且經(jīng)常工作在低速段和不對(duì)稱狀態(tài)，因此它的損耗比一般電機(jī)大，發(fā)熱多，效率低。為了保證其溫升不超過(guò)允許值，在安裝時(shí)應(yīng)改善散熱條件，如將電機(jī)安裝在面積足夠大的金屬支架上， 以保證通風(fēng)良好．遠(yuǎn)離其他熱源。
三、直流伺服電動(dòng)機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的比較
直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)都可作為控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件，但應(yīng)根據(jù)各自的特點(diǎn)和使用的具體情況，合理選用。
(1)機(jī)械特性。直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是線性的，在不同控制電壓下，機(jī)械特性相互平行，而且特性很硬；但交流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性是非線性的，特性的斜率隨著控制信號(hào)的不同而變化．機(jī)械特性較軟．特別是在低速段更加嚴(yán)重。
(2)快速響應(yīng)性。主要是考慮電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)。由于直流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子有電樞和換向器，其慣量較大，但由于其機(jī)械特性很硬，即在相同的空載轉(zhuǎn)速下，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大得多，因此總的來(lái)看．直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)比交流伺服電動(dòng)機(jī)的大得不多，但在帶較大負(fù)載時(shí)．直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)就要比交流伺服電 動(dòng)機(jī)小。
(3)體積、重量和效率。由于交流伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻較大，損耗大、效率低，而且通常運(yùn)行在橢匭形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的情況下，反向磁場(chǎng)的阻轉(zhuǎn)矩作用使得電機(jī)的有效轉(zhuǎn)矩減小，這就使得電機(jī)的利用程度降低．因此在同樣輸出功率時(shí)，交流伺服電動(dòng)機(jī)要比：直流伺服電動(dòng)機(jī)的體積大，重量重．效率低，這樣它只適用于O．5～100w的小功率控制系統(tǒng)中，而在幾十到幾個(gè)千瓦的功率較大的控制系統(tǒng)中，較多地采用直流伺服電動(dòng)機(jī)。
(4)結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、運(yùn)行可靠性及對(duì)系統(tǒng)的干擾等。由于直流伺服電動(dòng)機(jī)需要電刷和換向器。使得其結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜，工作的穩(wěn)定性和可靠性都較差．而且換向器上產(chǎn)生的火花引起的無(wú)線電干擾會(huì)影響其他系統(tǒng)的正常工作，同時(shí)由于電刷與換向器之間的摩擦增加了電機(jī)的阻力矩。使電機(jī)工作不穩(wěn)定并產(chǎn)生較大的死區(qū)，影響電機(jī)的靈敏性；而交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠。在不易檢修的地方使用時(shí)，優(yōu)點(diǎn)更加突出。 。。
關(guān)于伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用實(shí)例，前面都有涉及，這里不再介紹。
在自動(dòng)控制系統(tǒng)中，伺服電動(dòng)機(jī)的作用是把輸入的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出的角位移或角速度，又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。按照供電電源性質(zhì)的不同，伺服電動(dòng)機(jī)可分為直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。本章分別對(duì)這兩大類伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和運(yùn)行特性進(jìn)行了詳細(xì)介紹。
直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和普通小型直流電動(dòng)機(jī)相同．按照勵(lì)磁方式的不同，可分為電磁式和永磁式兩種(永磁式相當(dāng)于電磁式的他勵(lì))。而直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理和普通直流電動(dòng)機(jī)也是相同的。本章主要分析了他勵(lì)直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性，并對(duì)直流伺服電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)行時(shí)的不穩(wěn)定性進(jìn)行了分析。
交流伺服電動(dòng)機(jī)實(shí)際上包括異步伺服電動(dòng)機(jī)和同步伺服電動(dòng)機(jī)，因后者種類較多，故安排在第五章進(jìn)行專門介紹，本章介紹的是異步伺服電動(dòng)機(jī)。交流異步伺服電動(dòng)機(jī)在定子結(jié)構(gòu)上和交流異步測(cè)速發(fā)電機(jī)是一樣的，兩相繞組分別是勵(lì)磁繞組和控制繞組，而轉(zhuǎn)子一般以籠型結(jié)構(gòu)比較常見(jiàn)。異步伺服電動(dòng)機(jī)的工作原理與單相異步電動(dòng)機(jī)相似，當(dāng)控制繞組的電壓為零時(shí)，氣隙磁場(chǎng)為脈振磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)沒(méi)有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；當(dāng)控制電壓不為零時(shí)，氣隙磁場(chǎng)為一定
大小的橢圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，電動(dòng)機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。本章對(duì)兩相交流繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的性質(zhì)，異步伺服電動(dòng)機(jī)的基本電磁關(guān)系、運(yùn)行特性和控制方式．以及自轉(zhuǎn)現(xiàn)象的消除方法，都進(jìn)行了比較全面的分析。
本章還對(duì)特殊結(jié)構(gòu)和特殊性能的幾種伺服電動(dòng)機(jī)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，主要包括交、直流力矩伺服電動(dòng)機(jī)和小慣量伺服電動(dòng)機(jī)(盤式伺服電動(dòng)機(jī)、無(wú)槽結(jié)構(gòu)伺服電動(dòng)機(jī)和空心杯轉(zhuǎn)子伺服電動(dòng)機(jī))。力矩伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)是在低速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩，可以不經(jīng)過(guò)齒輪減速而直接作用于負(fù)載。小慣量伺服電動(dòng)機(jī)從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)主要是考慮如何減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高電動(dòng)機(jī)的響應(yīng)速度。
本章最后介紹了伺服電動(dòng)機(jī)的選用，給出了交、直流伺服電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù)．闡述了交、直流伺服電動(dòng)機(jī)的使用原則，并從運(yùn)行特性、響應(yīng)速度、體積和重量等方面比較了交、直流伺服電動(dòng)機(jī)的不同。
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