-1-第四章伺服電動機控制電機第一節直流伺服電動機第二節交流伺服電動機第三節特種伺服電動機*第四節伺服電動機的選用-2-

伺服電動機的作用是把輸入的電壓控制信號轉換成輸出的角位移或角速度。在自動控制系統中，伺服電動機是以執行機構的身份出現的，所以又稱為執行電動機。

對伺服電動機的基本要求是：

(1)調速范圍寬，即伺服電動機的轉速隨控制電壓的改變能在寬廣的范圍內連續調節。

(2)可控性好，無自轉現象，即無電壓控制信號時轉子不轉動，控制信號一旦出現，電動機馬上轉動，而控制信號一旦消失，電動機立刻停轉。第四章伺服電動機-3-(3)響應迅速，即伺服電動機的機電時間常數要小，要有較大的堵轉轉矩和較小的轉動慣量。

(4)運行穩定，即伺服電動機具有線性的機械特性和調節特性。此外，一些特殊領域如航空航天，對伺服電動機的重量和體積等也有一定的要求。第四章伺服電動機-4-

伺服電動機可分為直流伺服電動機和交流伺服電動機。直流伺服電動機具有運行特性好，控制靈活、方便的優點；而交流伺服電動機結構簡單，無電刷和換向器，不需要經常維護，而且效率高，響應快，速比大，非常引人注目，在許多領域有取代直流伺服電動機之勢。第四章伺服電動機-5--6-第一節直流伺服電動機一、基本結構第四章伺服電動機-7-

直流伺服電動機主要有兩種控制方式，一種是電樞控制，即通過改變電樞電壓來實現對轉子轉速的控制；另一種是磁場控制，即通過改變勵磁電壓來實現對轉子轉速的控制（對電磁式直流伺服電動機而言）。

電樞控制的優點是電動機機械特性和調節特性的線性度好，空載損耗小，調速范圍廣，控制回路電感小，響應迅速；而磁場控制雖然能實現平滑調速，但調速范圍不大，一般只是配合電樞控制在額定轉速以上進行小范圍的弱磁升速。另外，磁場控制有可能出現失磁而飛車的危險，因而較少采用。

第四章伺服電動機-8-二、運行特性1.機械特性直流伺服電動機的機械特性是指在一定控制電壓Uc下，轉子轉速n與電磁轉矩Te之間的關系曲線，即如果忽略電樞反應的影響，主磁通保持不變，直流伺服電動機的電磁轉矩為（4-1）第四章伺服電動機轉矩系數-9-

電樞繞組的感應電動勢為第四章伺服電動機（4-2）電動勢系數

電樞回路的電壓平衡方程為（4-3）電樞電阻-10-

由上面三個式子，可以得到直流伺服電動機的機械特性方程第四章伺服電動機（4-4）β為機械特性的斜率

-11-

相應的特性曲線如圖4-2所示。可見，直流伺服電動機的機械特性為一直線，隨著控制電壓Uc的增加，機械特性向上平移，而直線斜率β保持不變。第四章伺服電動機-12-2.調節特性直流伺服電動機的調節特性是指在一定負載轉矩下，轉子轉速與控制電壓之間的關系曲線，即根據式（4-4），并利用的關系，可以直接得到直流伺服電動機的調節特性方程第四章伺服電動機（4-5）-13-

相應的調節特性曲線如圖4-3所示。可見，直流伺服電動機的調節特性也為一直線，隨著負載轉矩TL的增加，機械特性向右平移，而直線斜率α

保持不變。第四章伺服電動機-14-

從上面的分析中可以知道，電樞控制時直流伺服電動機的兩個主要運行特性——

機械特性和調節特性都是線性的，這是一個很可貴的優點。第四章伺服電動機-15-三、低速運行的不穩定性分析從直流伺服電動機的運行特性可知，只要控制電壓足夠大，電動機就可以在很低的轉速下運行。但實際上，當轉速很低（每分鐘幾十轉以下）時，轉速將很不均勻，時快時慢，甚至停轉。這種現象稱之為直流伺服電動機低速運行的不穩定性，產生的原因主要是：

(1)低速時感應電動勢較小，由于電樞齒槽效應等原因造成的電動勢脈動的影響將增大，導致電磁轉矩的波動比較明顯。第四章伺服電動機-16-(2)低速時控制電壓值很小，電刷和換向器之間接觸電壓不穩定性的影響將增大，導致電樞電流和電磁轉矩的波動。

(3)低速時電刷和換向器之間的摩擦轉矩也是不穩定的，造成總的阻轉矩的變化，導致輸出轉矩的不穩定。直流伺服電動機低速運行的不穩定性將在自動控制系統中造成誤差，必須采取相應的措施加以克服，如采用定子斜極或轉子斜槽的結構，或者采用低速運行性能較好的特種電機，如力矩電機、無槽電機等。第四章伺服電動機-17-第二節交流伺服電動機一、交流伺服電動機的基本結構第四章伺服電動機勵磁繞組控制繞組-18-二、兩相交流繞組的旋轉磁場異步伺服電動機實際上是一臺兩相的異步電動機，要分析其運行特性，首先應當搞清楚兩相交流繞組所產生磁場的基本特點。1.旋轉磁場的大小為了分析方便起見，先假設勵磁繞組和控制繞組為對稱的兩相交流繞組，即它們的繞組匝數和繞組系數均相等，并且通入對稱的兩相交流電流第四章伺服電動機（4-6）-19-

根據交流繞組旋轉磁場的基本理論，單相交流繞組通以單相交流電流后，將產生沿繞組軸線方向的脈振磁動勢。因此，勵磁繞組和控制繞組的基波脈振磁動勢向量的長度分別是第四章伺服電動機（4-7）-20-

由于勵磁繞組和控制繞組的軸線在空間互差90o電角度，任何時刻基波合成磁動勢向量的長度都為（4-8）

上式表明，在對稱的兩相交流繞組中通入對稱的兩相交流電流后，兩相脈振磁動勢的合成必然是一個圓形旋轉磁場。第四章伺服電動機-21-若兩相繞組的匝數不等，設有效匝比為（4-10）第四章伺服電動機根據式（4-8），產生圓形旋轉磁場的條件應是由式（4-7）可得-22-

上式說明，當兩相繞組的有效串聯匝數不相等時，若要產生圓形旋轉磁場，兩相繞組電流的相位差應為90o電角度，并且兩相電流的大小應與有效串聯匝數成反比。這種兩相電流稱為兩相對稱交流電流。第四章伺服電動機-23-2.旋轉磁場的轉向和轉速旋轉磁場的轉向可以用圖4-5分四個時刻來說明：第四章伺服電動機-24-

由此可見，旋轉磁場是由電流超前的相繞組轉向電流滯后的相繞組，并且當某相電流達到最大時，合成磁動勢就位于該相繞組的軸線方向上。顯然，旋轉磁場的電角速度就是所以旋轉磁場的轉速（單位r/min）為第四章伺服電動機（4-11）-25-

綜上所述，兩相交流繞組旋轉磁場的基本特點為：

(1)兩相對稱繞組通入兩相對稱電流所產生的基波合成磁動勢是一個旋轉行波，合成磁動勢的幅值等于單相繞組脈振磁動勢的幅值。

(2)旋轉磁場的轉速取決于電源頻率和電機極對數，即，稱為同步轉速。

(3)旋轉磁場的方向是從電流超前的相轉向電流滯后的相，若要改變旋轉磁場的方向，只要改變定子繞組的相序即可。

(4)當某相電流達到最大時，合成磁動勢剛好轉到該相繞組的軸線方向上。第四章伺服電動機-26-三、異步伺服電動機的電磁關系1.電壓平衡方程

(1)轉子靜止時在旋轉磁場作用下，定子勵磁繞組、控制繞組和轉子繞組都將產生感應電動勢。設旋轉磁場的每極主磁通為Φ，根據交流電機的基本原理，相應的感應電動勢分別為第四章伺服電動機（4-12）-27-

在定、轉子繞組中，除旋轉磁場主磁通產生的感應電動勢外，還有漏磁場感應產生的漏磁電動勢。這些漏磁電動勢可以用漏電抗壓降的形式來表征，即第四章伺服電動機（4-13）漏電抗-28-考慮相應繞組的電阻壓降，轉子不動時異步伺服電動機的電壓平衡方程為第四章伺服電動機（4-14）-29-

(2)轉子旋轉時當轉子轉動時，根據異步電動機的基本原理，轉子繞組中的感應電動勢及電流的頻率為第四章伺服電動機（4-15）轉差率此時，旋轉磁場主磁通在轉子繞組中的感應電動勢應為（4-16）-30-根據式（4-12），得第四章伺服電動機（4-17）同理，漏磁場在轉子繞組感應產生的漏磁電動勢為（4-18）轉子漏電抗-31-這樣，轉子旋轉時異步伺服電動機的電壓平衡方程為第四章伺服電動機（4-19）-32-2.產生圓形旋轉磁場時的定子電壓根據電壓平衡方程，可以進一步分析產生圓形旋轉磁場時，定子兩相繞組的電壓應滿足的關系。為使分析具有一般性，設兩相繞組的匝數不等，其有效匝比仍為。根據式（4-10），并考慮勵磁繞組電流超前控制繞組電流90o電角度，可得第四章伺服電動機（4-20）-33-

由于定子繞組的感應電動勢與匝數成正比，并且勵磁繞組感應電動勢超前控制繞組感應電動勢90o電角度，所以第四章伺服電動機（4-21）另外，兩相繞組的電阻和漏電抗應滿足如下關系

（4-22）-34-將上面三個式子代入式（4-19）的第一式，得第四章伺服電動機（4-24）

上式說明，若要產生圓形旋轉磁場，異步伺服電動機定子兩相繞組電壓的相位差應為90o電角度，并且其有效值應與有效串聯匝數成正比。這種兩相電壓稱為兩相對稱交流電壓。-35-四、異步伺服電動機的運行特性1.電磁功率和電磁轉矩根據異步電動機能量傳遞的基本關系，從定子傳遞到轉子的電磁功率為第四章伺服電動機（4-25）轉子繞組相數-36-由式（4-12），得第四章伺服電動機當不計控制繞組的漏阻抗壓降時，，所以

這樣，轉子繞組的感應電動勢為（4-27）（4-26）（4-28）-37-

根據式（4-19）的第三式，轉子繞組的電流和功率因數分別為第四章伺服電動機把上面三個式子代入式（4-25），可以得到電磁功率（4-31）-38-

電磁功率除以轉子方的同步機械角頻率可以得到電磁轉矩第四章伺服電動機（4-32）-39-對于籠型轉子，m2=Z2（Z2為轉子槽數，即轉子導條數），N2=1/2，kw2=1，所以上式可進一步化為第四章伺服電動機（4-33）

上式表明了異步伺服電動機電磁轉矩與控制電壓、轉差率（即轉速）和電機參數之間的關系。對于已制成的電機，電機參數是一定的，電源頻率一般不變，當電機轉速一定時，電磁轉矩與控制電壓的平方成正比。-40-2.圓形旋轉磁場時的機械特性根據式（4-33）可以繪出圓形旋轉磁場時不同控制電壓下異步伺服電動機的機械特性，第四章伺服電動機-41-

將式（4-33）對s求導，并令，可求出最大電磁轉矩及其對應的轉差率（稱為臨界轉差率）第四章伺服電動機

上面兩式表明，臨界轉差率與轉子電阻成正比，但最大轉矩卻與轉子電阻無關。轉子電阻越大，機械特性線性段的范圍就越大，這對于伺服電動機的穩定運行和擴大調速范圍是非常有利的，所以具有較大的轉子電阻是異步伺服電動機的重要特點。-42-3.橢圓形旋轉磁場時的機械特性在圓形旋轉磁場作用下，電動機處于對稱運行狀態，這只是異步伺服電動機運行中的一種特殊情況，此時加在定子勵磁繞組和控制繞組上的電壓是兩相對稱的交流電壓，所產生的電流也是兩相對稱的交流電流。為了實現對轉速的控制，加在控制繞組上的控制電壓是變化的，其幅值或相位應是可調的。這樣，產生圓形旋轉磁場的條件不再滿足，電動機實際處于一種不對稱運行狀態。第四章伺服電動機-43-

根據交流繞組磁動勢的基本理論，兩相不對稱繞組所產生的應是橢圓形的旋轉磁場，下面就兩相繞組中電流相位差仍為90o電角度，但磁動勢幅值不相等時的情況進行簡要分析。設兩相繞組磁動勢的瞬時表達式為第四章伺服電動機（4-36）橢圓度系數α-44-將勵磁繞組磁動勢Ff進行如下分解第四章伺服電動機（4-37）

可見，勵磁繞組磁動勢分量Ff1與控制繞組磁動勢Fc的幅值相等，相位互差90o電角度，兩者合成正好形成一個圓形旋轉磁場，其幅值就是（4-38）-45-

另外，勵磁繞組磁動勢分量Ff2是一個沿勵磁繞組軸線方向的脈振磁場，這個脈振磁場可以分解為兩個轉向相反、幅值等于脈振磁動勢幅值一半的圓形旋轉磁場，第四章伺服電動機（4-39）

這樣，原來的橢圓形旋轉磁場可以用兩個正向圓形旋轉磁場和一個反向圓形旋轉磁場來等效。-46-

兩個正向圓形旋轉磁場轉速相等，轉向相同，軸線一致，可以合成為一個正向圓形磁場，其幅值為第四章伺服電動機（4-40）而反向圓形旋轉磁場的幅值即為（4-41）-47-

通過以上分析，可以得出以下結論：異步伺服電動機在一般運行情況時，定子兩相繞組產生的是一個橢圓形的旋轉磁場，該磁場可以用兩個轉速相等、轉向相反的圓形旋轉磁場來代替，其中一個的轉向與原來的橢圓形磁場相同，稱為正向圓形旋轉磁場；另一個的轉向則相反，稱為反向圓形旋轉磁場。圖4-7形象地說明了正、反向轉旋轉磁場的作用。正向旋轉磁場與轉子同向旋轉，所產生的電磁轉矩起驅動作用；而反向旋轉磁場總是與轉子反向旋轉，所產生的電磁轉矩起制動作用。合成電磁轉矩總是正的，即第四章伺服電動機-48-第四章伺服電動機-49-

若轉子轉速為n，則轉子相對于正向旋轉磁場的轉差率為第四章伺服電動機（4-43）（4-44）而轉子相對于反向旋轉磁場的轉差率為-50-

根據前面圓形旋轉磁場時的機械特性，由式（4-33）可以分別繪出正、反向旋轉磁場的機械特性曲線，以及它們的合成曲線，即橢圓形旋轉磁場時的機械特性，如圖4-8所示。第四章伺服電動機-51-

與圓形旋轉磁場時的機械特性相比較，橢圓形旋轉磁場時的機械特性具有以下兩個特點：

(1)由于反向旋轉磁場的存在，產生了附加的制動轉矩Te-，使電機總的輸出轉矩都減小了；

(2)在理想空載情況下（即電磁轉矩Te=0時），轉子轉速已不能達到同步轉速n1，而是低于n1。第四章伺服電動機-52-4.自轉現象及消除方法異步伺服電動機的轉子電阻往往較大，除了前述是為了改善機械特性的線性度和穩定運行外，更重要的是為了保證當控制繞組電壓為零時，電動機能立刻停轉。因為當控制繞組沒有外施電壓時，異步伺服電動機就相當于一臺正常運行的單相異步電動機，這時只有勵磁繞組在起作用，相應的機械特性如圖4-9(a)所示。第四章伺服電動機-53-第四章伺服電動機-54-

顯然，正向旋轉時電磁轉矩Te是正值；反向旋轉時電磁轉矩Te是負值，說明Te總是驅動性質的，電動機在兩個方向都可以旋轉。這種情況對于伺服電動機而言是不利的，相當于控制信號消失而仍有角速度或角位移輸出，稱為“自轉現象”。第四章伺服電動機-55-

如果增大轉子電阻，使正向電磁轉矩Te+和反向電磁轉矩Te-的臨界轉差率sm>1，將得到圖4-9(b)所示的機械特性。這樣，正向旋轉時電磁轉矩Te是負值；反向旋轉時電磁轉矩Te是正值，即Te總是制動性質的。因此，在控制電壓為零時，電動機在兩個方向上都不可能自轉。第四章伺服電動機-56-

當然，增大轉子電阻也有不利的一面。首先電動機效率會降低，同樣功率的電機體積也要大一些；其次臨界轉差率sm>1，使起動轉矩減小。由于伺服電動機的工作性質不同于普通電動機，主要要求運行穩定、線性度好、無自轉現象，而效率和體積相對次要些，所以轉子電阻往往設計得相當大，以滿足自動控制系統的基本需要。第四章伺服電動機-57-5.控制方式簡介一般情況下，異步伺服電動機的勵磁繞組電壓保持不變，通過改變控制繞組電壓的幅值或相位，就可以改變正向旋轉磁場與反向旋轉磁場之間的大小關系，以及正向電磁轉矩和反向電磁轉矩之間的比值，從而達到改變合成電磁轉矩及轉速的目的。這樣，異步伺服電動機就有三種具體的控制方式：

(1)幅值控制，即僅改變控制電壓的幅值；

(2)相位控制，即僅改變控制電壓的相位；

(3)幅-相控制，同時改變控制電壓的幅值和相位。第四章伺服電動機-58-

幅值控制方式簡單易行，且控制效果較好。所以，下面就以幅值控制方式為例，簡要介紹相應的機械特性和調節特性。采用幅值控制時，控制繞組電壓在時間上滯后勵磁繞組電壓90o電角度，且保持不變，僅其幅值可以調節。的有效值可以表示為第四章伺服電動機（4-45）有效信號系數-59-

當αe=0時，控制繞組沒有外施電壓，僅勵磁繞組一相供電，產生單相脈振磁動勢。如果轉子電阻足夠大，轉子將靜止不動。

當0<αe<1時，勵磁繞組和控制繞組的磁動勢幅值不等，相應的氣隙合成磁場為橢圓形旋轉磁場。根據分解的正、反向旋轉磁場及相應的正、反向電磁轉矩、，可以獲得不同值時的機械特性，如圖4-10所示。第四章伺服電動機-60-第四章伺服電動機-61-

當αe=1，即當勵磁繞組與控制繞組的外施電壓均為到各自的額定值時，它們的磁動勢幅值應相等，相應的氣隙合成磁場為圓形旋轉磁場，這時僅存在正向旋轉磁場及正向電磁轉矩，將產生最大的電磁轉矩。根據圖4-10所示的機械特性，采用作圖法可以獲得相應的調節特性，如圖4-11所示。第四章伺服電動機-62-第三節特種伺服電動機*一、力矩伺服電動機在某些自動控制系統中，被控對象的運動速度相對較低。若用齒輪減速器，齒輪之間的間隙常常引起系統一定范圍內的振蕩和系統剛度的降低，因此希望有低轉速、大轉矩的伺服電動機。力矩電動機就是為這種低轉速、大轉矩的需要而設計制造的電機，它能在低速運行甚至長期堵轉情況下產生足夠大的電磁轉矩，而且不需要經過齒輪減速器而直接驅動負載，具有響應迅速、運行穩定的優點。第四章伺服電動機-63-1.直流力矩電動機的基本結構第四章伺服電動機-64-2.直流力矩電動機的基本原理直流力矩電動機為了能在相同的體積和控制電壓下產生較大的轉矩和較低的轉速，一般做成扁平形。下面以兩極電機為例分析其基本原理。如圖4-13所示的兩臺直流電機模型，設它們的電樞體積、電樞電流、電流密度和氣隙磁密均相等，電機b的電樞直徑Db是電機a電樞直徑Da的兩倍，即第四章伺服電動機（4-46）-65-第四章伺服電動機-66-

(1)電磁轉矩的分析因為電樞體積相等，所以電樞鐵心軸線長度之間的關系是第四章伺服電動機（4-47）

槽面積與電樞總導體數的關系式分別為（4-48）電樞截面利用系數槽填充系數-67-

兩臺電機電磁轉矩的表達式分別為（4-49）第四章伺服電動機導體截面積（4-50）氣隙磁密的平均值電樞導體電流-68-

利用式（4-46）、式（4-47）和式（4-49）的關系，由式（4-50）可以得到電磁轉矩之間的關系（4-51）第四章伺服電動機

上式說明，在電樞體積、電樞電流、電流密度和氣隙磁密相等的條件下，如果電樞直徑增大一倍，電磁轉矩也增大一倍，即電磁轉矩與電樞直徑成正比。-69-

(2)空載轉速的分析若電樞直徑為D，則一個極下一根導體的平均電動勢為（4-52）第四章伺服電動機

一對電刷所串聯的導體數為N/2，則刷間電動勢為（4-53）-70-

理想空載時，電機轉速為n0，并且控制電壓（電樞電壓）Uc=Ea，所以（4-54）第四章伺服電動機

根據前面的分析，當電樞體積、電樞電流和電流密度相等時，Nl乘積保持不變。這樣，在控制電壓和氣隙磁密相同的情況下，理想空載轉速與電樞直徑成反比。-71-第四章伺服電動機

綜合以上分析，在其它條件相同的情況下，增大直流電動機的直徑，減小軸向長度，可以增大電動機的電磁轉矩，并降低空載轉速。這就是直流力矩電動機做成扁平形的根本原因。-72-第四章伺服電動機3.直流力矩電動機的性能特點

(1)轉矩脈動小，低速運行穩定轉矩脈動的大小是評價直流電動機性能的重要指標。直流力矩電動機采用扁平形電樞，可以增加電樞槽數、導體元件數和換向片數，還可以適當增大氣隙，采用斜槽或斜磁極結構，這些措施均可以有效削弱直流電機的轉矩脈動。-73-第四章伺服電動機

(2)機械特性和調節特性線性度好直流電動機在勵磁磁通保持不變的情況下，可以得到線性的機械特性和調節特性。但是由于電樞反應的去磁作用，造成勵磁磁場的畸變。在設計直流力矩電動機時，可以把磁路設計成高度飽和，并采取增大氣隙等方法，削弱電樞反應的影響。-74-第四章伺服電動機

(3)響應迅速，動態特性好對于電機而言，決定過渡過程快慢的兩個時間常數分別是機電時間常數和電氣時間常數，時間常數越小，響應越迅速。雖然直流力矩電動機電樞直徑大，轉動慣量大，但由于它的堵轉轉矩很大，空載轉速又很低，所以機電時間常數較小；直流力矩電動機采用多極結構，有利于減小電樞反應磁鏈及電樞繞組電感，所以電氣時間常數也較小。另外，直流力矩電動機的扁平結構，有利于將電動機的轉軸直接套在短而粗的負載軸上，從而大大提高系統的耦合剛度，改善動態性能。-75-第四章伺服電動機二、小慣量伺服電動機1.盤式伺服電動機-76-第四章伺服電動機

盤式電機大都是永磁式，其工作原理與柱式電機相同，所以它與柱式電機一樣，既可以制成電動機，也可以制成發電機。一般來說，每種柱式電機都有相對應的盤式電機。

盤式永磁直流伺服電動機的主要特點是：

(1)轉動部分只有電樞繞組，轉動慣量小，具有快速的響應能力，可以用于頻繁起、制動和正、反轉的場合。

(2)軸向尺寸短，可適用于安裝空間較小的場合。-77-第四章伺服電動機

(3)采用無鐵心電樞結構，不存在普通柱式電機由于齒槽效應而產生的轉矩脈動，運行平穩。

(4)不存在磁滯和渦流損耗，電機效率較高。

(5)電樞采用非磁性材料制成，電樞繞組電感小，換向火花小。

(6)電樞繞組兩端面直接與氣隙接觸，有利于電樞繞組的散熱，并有利于取較大的電負荷，減小電機的體積。-78-第四章伺服電動機2.無槽伺服電動機無槽電機的特點是電樞表面光滑，不開槽，電樞繞組元件直接放置在鐵心的外表面，用環氧樹脂澆注成型，與鐵心固化成一個整體，如圖4-15所示的無槽直流伺服電動機。

這種無槽電機轉動慣量和電樞繞組的電感比盤式電機和空心杯電機要稍大些，因而動態性能稍顯遜色。-79-第四節伺服電動機的選用一、伺服電動機的主要技術數據1.直流伺服電動機的技術數據

(1)空載始動電壓U0。在額定勵磁電壓和空載的情況下，使轉子在任意位置開始連續轉動所需的最小控制電壓稱為空載始動電壓。空載始動電壓小，則靈敏度高。空載始動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%，小功率電動機U0較大。第四章伺服電動機-80-

(2)機電時間常數τm。在額定勵磁電壓和空載情況下，加以階躍的額定控制電壓，電動機由靜止狀態加速到空載轉速63.2%所需要的時間稱為機電時間常數。這個性能指標是衡量電動機響應速度的，該值越小，說明響應越快速、靈敏。通常，伺服電動機的機電時間常數應小于0.03s。第四章伺服電動機-81-2.交流伺服電動機的技術數據除空載始動電壓U0和機電時間常數τm兩項技術指標外，交流伺服電動機還有另外兩項重要的技術指標：

(1)機械特性的非線性度Km。在額定勵磁電壓下，任意控制電壓時的實際機械特性與線性機械特性在Te=Td/2（Td為堵轉轉矩）時的轉速偏差與空載轉速之比的百分數稱為機械特性的非線性度，即第四章伺服電動機（4-55）-82-第四章伺服電動機-83-

(2)調節特性的非線性度。在額定勵磁電壓和空載情況下，當有效信號系數αe=0.7時，實際調節特性與線性調節特性的轉速偏差與有效信號系數αe=1時的空載轉速之比的百分數稱為調節特性的非線性度，即第四章伺服電動機（4-56）-84-第四章伺服電動機-85-二、伺服電動機的使用原則1.直流伺服電動機使用原則

(1)電磁式直流伺服電動機在起動時首先要接通勵磁電源，然后再加電樞電壓，以避免電樞繞組因長時間流過大電流而燒壞電機。這是因為如果先加電樞電壓，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過大，極易燒壞電機。第四章伺服電動機-86-(2)在電磁式直流伺服電動機運行過程中，絕對要避免勵磁繞組斷線，以免造成電樞電流過大和“飛車”事故。

(3)永磁式直流伺服電動機的性能很大程度上取決于永磁材料的優劣。大多數永磁材料的機械強度不高，易于破碎。在安裝和使用這類電機時，要注意防止劇烈的振動和沖擊，否則容易引起永磁體內部磁疇排列的混亂，使永磁體退磁。另外，盡量遠離熱源，因為有些永磁材料的溫度系數較高，磁性能易受溫度變化的影響。第四章伺服電動機-87-2.交流伺服電動機使用原則

(1)交流伺服電動機的電源是兩相的，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。對于三相有中線的電源，可取一相電壓及其它兩相之間的線電壓分別作為勵磁電壓和控制電壓；對于三相無中線的電源，可利用三相變壓器副邊的相電壓和線電壓形成90o相位移的電源系統。如果只有單相電源時，則需要通過移相電容產生兩相電源，通過對電容值的合理選擇，可以使勵磁電壓和控制電壓正好相差90o電角度。通常，移相電容為零點幾微法到幾十微法。第四章伺服電動機-88-(2)在控制系統中，控制信號通常是通過放大器加到交流伺服電動機的控制繞組上。這樣，大的控制電流和控制功率就會增大放大器的負擔，使放大器的體積和重量增大。可以通過在控制繞組兩端并聯電容的方法，提高控制相的功率因數，從而減小放大器輸出的無功電流，減小放大器的負擔。第四章伺服電動機-89-(3)交流伺服電動機為了滿足控制性能的要求，轉子電阻通常都設計得比較大，而且經常工作在低速段和不對稱狀態，因此它的損耗比一般電機大，發熱多，效率低。為了保證其溫升不超過允許值，在安裝時應改善散熱條件，如將電機安裝在面積足夠大的金屬支架上，保證通風良好，遠離其它熱源。第四章伺服電動機-90-三、直流伺服電動機與交流伺服電動機的比較直流伺服電動機和交流伺服電動機都可作為控制系統中的執行元件，但應根據各自的特點和使用的具體情況，合理選用。

(1)機械特性。直流伺服電動機的機械特性是線性的，在不同控制電壓下，機械特性相互平行，而且特性很硬；但交流伺服電動機的機械特性是非線性的，特性的斜率隨著控制信號的不同而變化，機械特性較軟，特別在低速段更加嚴重。第四