普通动力电动机的主要任务是实现能量转换，主要要求是提高电机的能 量转换效率等经济指标，以及起动、调速等性能。控制电动机的主要任务是 完成控制信号的检测、变换和传递，因此，对控制电动机的主要要求是快速 响应、高精度、高灵敏度及高可靠性。
控制电动机种类繁多，本章主要介绍常用的控制电动机的基本工作原理。
10.3
Uc不同时，其斜率β不变，机械特性为一组平行线，随着Uc的降低，机械
特性平行地向下移动。
10.8
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
2) 调节特性 调节特性是指电磁转矩恒定时，电动机的转速随控制电压的变化关
系，即T为常数时的n = f(UK)。调节特性也称为控制特性。如图10.2(b)所 示。
10.5
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
电动机也可采用磁场控制，即磁场绕组加
控制电压，而电枢绕组加恒定电压控制方式，
Uc
改变励磁电压的大小和方向，就能改变电动机 的转速与转向。可见，电磁式直流伺服电动机 Ic
有电枢控制和磁场控制两种控制转速的方式，
而对永磁式直流伺服电动机来讲，则只有电枢
2. 控制特性 1) 机械特性 机械特性是指励磁电压Uf恒定，电枢的控制电压UK为一个定值时，电动 机的转速和电磁转矩T之间的关系，即Uf为常数时的n＝f(T)，如图10.2(a)所示。 已知直流电动机的机械特性是 式中 U、R、Ce、CT—分别表示n电枢CU电eΦ压、Ce电CRT枢Φ2回T路的电阻、电动(10势.1常) 数和转矩常数。 在电枢控制方式的直流伺服电动机中，控制电压Uc加在电枢绕组上，即 U=Uc，代入式(10.1)，得到直流伺服电动机的机械特性表达式为
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
伺服电动机又称执行电动机，它能把接受的电压信号转换为电动机转轴上 的机械角位移或角速度的变化，具有服从控制信号的要求而动作的功能：在信 号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转 子能即时停转。由于这种“伺服”的性能因此命名。
自动控制系统对伺服电动机的基本要求是： (1) 宽广的调速范围，机械特性和调节特性均为线性。 (2) 快速响应性能好，即机电时间常数要小，在控制信号变化时，能迅速 地从一种状态过渡到另一种状态。 (3) 灵敏度要高，即在很小的控制电压信号作用下，伺服电动机就能起动 运转。 (4) 无自转现象。所谓自转现象就是转动中的伺服电动机在控制电压为零 时继续转动的现象；无自转现象就是控制电压降到零时，伺服电动机立即自行 停转。 按伺服电动机的控制电压来分，伺服电动机可分为直流伺服电动机和交流 伺服电动机两大类。直流伺服电动机的输出功率可达数百瓦，主要用于功率较 大的控制系统。交流伺服电动机的输出功率较小，一般为几十瓦，主要用于功 率较小的控制系统。
10.4
第10章 控 制 电 机
一般的直流伺服电动机的结构与普通小型直流电动机相同，按照励磁方 式的不同，可分为电磁式和永磁式。电磁式直流伺服电动机的磁场由励磁电 流通过励磁绕组产生，一般多用他励式励磁。永磁式直流伺服电动机的磁场 由永磁铁产生，无需励磁绕组和励磁电流。 直流伺服电动机的控制方式有两种：电枢控制和磁场控制。所谓电枢控 制，即磁场绕组加恒定励磁电压，电枢绕组加控制电压，当负载转矩恒定时， 电枢的控制电压升高，电动机的转速就升高；反之，减小电枢控制电压，电 动机的转速就降低；改变控制电压的极性，电动机就反转；控制电压为零， 电动机就停转。电枢控制方式的直流伺服电动机如 图10.1所示。 电动机也可采用磁场控制，即磁场绕组加控制电压，而电枢绕组加恒定 电压控制方式，改变励磁电压的大小和方向，就能改变电动机的转速与转向。 可见，电磁式直流伺服电动机有电枢控制和磁场控制两种控制转速的方式， 而对永磁式直流伺服电动机来讲，则只有电枢控制一种方式。
枢电压成正比，即
n
n0
U CeΦ
(10.3)
当转速为零时，电动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
T CTΦ U R
(10.4)
当控制电压Uc一定时，随着转矩T的增加，转速n成正比的下降，机械
特性为向下倾斜的直线，所以直流伺服电动机机械特性的线性度很好。当
10.7
nC U eΦ c CeC R TΦ2Tn0T
(10.2)
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
式中，
n0
Uc C e
——理想空载转速；
R ——斜率。 CeCTΦ 2
对上式应考虑两种特殊情况：当转矩为零时，电动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
量，所以直流伺服电动机的电枢通常做成盘形
或空心杯形，使其具有转子轻、转动惯量小的
特点。
10.6
第10章 控 制 电 机
10.1 伺服电动机
电枢控制方式的直流伺服电动机的工作原理与普通的直流电动机相似。 当励磁绕组接在电压恒定的励磁电源上时，就会有励磁电流If流过，并在气隙 中产生主磁通Φ；当有控制电压Uc作用在电枢绕组上时，就有电枢电流Ic流过， 电枢电流Ic与磁通Φ相互作用，产生电磁转矩T带动负载运行。当控制信号消 失时，Uc= 0，Ic = 0，T = 0，电动机自行停转，不会出现自转现象。
控制一种方式。
电枢控制的主要优点为，没有控制信号时，
电枢电流等于零，电枢中没有损耗，只有不大
的励磁损耗。磁场控制的性能较差，其优点是
控制功率小，仅用于小功率电动机中。自动控
制系统中多采用电枢控制方式，因此本节只分 析电枢控制方式的直流伺服电动机。
为了提高快速响应能力，必须减少转动惯
图10.1 电枢控制方式的直流 伺服电动机
第10章 控 制 电 机
第10章 控制电机
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10.1
第10章 控 制 电 机
本章内容
•伺服电动机 •步进电动机 •测速发电机 •直线电动机 •自 整 角 机 •旋转变压器 •本 章 小 结 •习题与思考题
10.2
第10章 控 制 电 机
控制电动机主要应用于自动控制系统中，用来实现信号的检测、转换和 传递，作为测量、执行和校正等元件使用。功率一般从数毫瓦到数百瓦。