直流伺服电动机.doc

第二章 直流伺服电动机
直流伺服电动机是自动控制系统中具有特殊用途的直流电动机，又称执行电机，它能够把输入的电压信号变换成轴上的角位移和角速度等机械信号。直流伺服电动机的工作原理、基本结构及内部电磁关系与一般用途的直流电动机相同。
第一节 直流电动机
一、直流电动机的基本工作原理
直流电动机的基本结构与直流发电机相同。电动机输入电压信号，输出转速信号。
二、电磁转矩和转矩平衡方程
1、电磁转矩
对于一个已经制造好的电机，它的电磁转矩正比于每极磁通和电枢电流。
2、稳态转矩平衡方程 =
称为电动机稳态转矩平衡方程。
3、动态转矩平衡方程
当电机的转速发生改变时，由于电机及负载具有转动惯量，将产生惯性转矩
——负载和电动机转动部分的转动惯量；
此时，电动机轴上的动态转矩平衡方程为
三、 电动势平衡方程

图2-2 直流电动机的电枢回路

直流电动机电动势平衡方程
电枢电流的表达式
电动机的机械特性

四、直流电动机的起动和调速

图2-3电枢回路串联起动电阻

1．起动：起动电流大：
由于不大，所以起动电流可能达到额定电流的十几倍。为了限制起动电流，一般采用在电枢回路中串联起动电阻的方法。一般把起动电流限制在额定电流的1.5~2倍以内，保证有足够的起动转矩。
对于自动控制系统中使用的直流电动机，功率只有几百瓦，由于电枢电阻比较大，其起动电流不超过额定电流的5~6倍，加上其转动惯量较小，转速上升快，起动时间短，所以可以直接起动，而且起动电流大，起动转矩也大，这正是控制系统所希望的。
为了获得较大的起动转矩，励磁磁通应为最大，因此电机起动时，励磁回路的调节电阻必须短接，并在励磁绕组两端加上额定励磁电压。
2．调速：
调速的方法有三种：（1）改变电源电压调速；
（2）在电枢回路串联电阻调速；
（3）调节励磁回路电阻（改变磁通）调速。
下面分析转矩、电流和转速等物理量的稳态值在调速前后的变化。
1）电枢回路串联电阻调速
电枢回路串联的电阻越大，转速越低。
电枢回路串联电阻调速：损耗较大，效率较低。当轻载时，电枢电流较小，串联电阻后，转速变化不大。但是，这种调速方法设备比较简单。
2）降低电源电压调速
电源电压越低，转速越低。
这种调速方法，可以实现平滑无级调速，但需要附加调压设备。
3）改变励磁回路电阻调速
励磁回路串联的电阻越大，转速越高。
（1）容易控制：励磁电流只有电枢额定电流的百分之几，所以调节电阻的容量小，铜耗也小，而且容易控制；
（2）调速的快速性较差：励磁回路电感比电枢回路大，电气时间常数较大。
（3）转速只能升高：励磁回路串联电阻只能使励磁电流减小。
（4）改变磁通（弱磁）调速时，必须降低负载转矩：由于，若电机拖动恒转矩负载，重新稳定后，因磁通减弱，所以电流增大，将超过原来的额定值，这是不允许的，因此，
在要求调速范围大的场合，几种调速方法总是同时兼用。当电源电压可调时，利用降压降低转速，利用增加励磁回路电阻增大转速。当电源电压恒定时，则利用增加电枢回路电阻降低转速，利用增加励磁回路电阻增大转速。
需要注意的是，对电动机的励磁绕组，若起动前就断开，则电动机由于起动转矩小而不能起动。如果在运行过程中断开，则相当于励磁回路串联的电阻，电机转速大大超过额定转速，电机发出尖锐的噪声，出现“飞车”事故。
第二节 直流伺服电动机的控制方法和运行特性
伺服电动机分直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。
伺服电机的最大特点是可控性。伺服系统一般有三种基本控制方式：位置控制、速度控制和力矩控制。
直流伺服电动机通常应用于功率较大的自控系统中，输出功率一般为1~600W，也有的达数kW，其电压分为：6、9、12、24、27、48、110、220V。
一、直流伺服电动机的分类
直流伺服电动机的控制电源为直流电压，分普通直流伺服电动机、盘形电枢直流伺服电机、空心杯直流伺服电机和无槽直流伺服电机等。
普通直流伺服电动机有永磁式和电磁式两种基本结构类型。电磁式又分为他励、并励、串励和复励四种，永磁式可看作是他励式。
二、直流伺服电动机的控制方法
直流伺服电动机工作原理与一般的直流电动机相同。
控制方式有改变电枢电压的电枢控制和改变磁通的磁场控制两种。
电枢控制具有机械特性和控制特性线性度好，而且特性曲线为一组平行线，空载损耗较小，控制回路电感小，响应迅速等优点，所以自动控制系统中多采用电枢控制。磁场控制只用于小功率电机。
下面只叙述电枢控制。
把电枢电压作为控制信号，实现电动机的转速控制，这就是电枢控制方法。电枢控制的物理过程：当不变时，增大，由于电机有惯性，转速不变化，暂时不变化， 增大，使增加，由于阻转矩不变，则>，升高，随着增大，和减小，直到=时为止，此时电机转速变为。
电压降低时，转速下降的过程相同。当电压极性改变时，电枢电流及电磁转矩的方向改变，电动机的转向改变。
三、直流伺服电动机的运行特性
1、机械特性
在电枢电压不变的情况下，直流伺服电动机的转速随转矩的变化关系，称为电动机的机械特性：
时的电磁转矩称为堵转转矩 ，、大小与电源电压成正比。

图2-9 不同控制电压时直流伺服电动机的机械特性
机械特性的线性度越好，系统的动态误差就越小。硬特性转矩的变化对转速的影响比软特性为好，易于控制，这正是自动控制所需的。
在不同电压下，机械特性为一组平行线。和都与成正比，但特性曲线的斜率与无关。
电枢回路电阻越小，机械特性越硬，越大，机械特性越软。
2、调节特性（控制特性）

图2-10 直流伺服电动机的调节特性
电机的转速与电枢电压的关系称为电动机的调节特性或控制特性。
1） 负载为常数时的调节特性
在励磁不变、负载转矩恒定时，由机械特性表达式可知

又
当负载转矩一定（且认为恒定）时，电动机的调节特性的关系曲线是一直线，斜率为。当时，
，，。，，电动机处于从静止到转动的临界状态，，。电压称为电动机的死区，或称为始动电压，，所以

图2-11 直流伺服电动机的调节特性曲线组
始动电压与电动机的阻转矩、负载转矩有关。
始动电压不同，但调节特性的斜率不变，对应不同负载转矩，可得到一组相互平行的调节特性曲线。
与始动电压相对应的电枢电流
电枢电压小于始动电压时，电机不能起动；当电源电压超过始动电压时，电机开始旋转。当负载转矩为恒值时，无论电动机的转速有多大，总是不变，此时电动势方程

当时，转速随电压线性变化。控制特性的线性度越好，系统的动态误差越小。
2）可变负载时的调节特性
在自控系统中，电动机的负载多数情况下是不随转速改变的，但是也有可变负载。例如，当负载转矩是由空气摩擦造成的阻转矩时，则转矩随转速增加而增大，并且转速越高，转矩增加得越快，转矩随转速变化的大致情况如图2-12所示。

图2-12 空气阻转矩与转速的关系

图2-13 可变负载时的调节特性
在变负载的情况下，调节特性不再是一条直线。这是因为在不同转速时，由于阻转矩不同，相应的也不同。当改变时，不再保持为常数，因此的变化不再与的变化成正比。随着转速增加，负载转矩增量越来越大，增量也越来越大，增量却越来越小，，所以随着控制信号的增加，转速增量越来越小，这样和的关系如图2-13所示，不再是一条直线。当然曲线的具体形状还与负载特性的形状有关，但是总的趋势是一致的。
实际工作中，常常用实验的方法直接测出电动机的调节特性，此时电动机与负载配合，并由放大器提供信号电压。在实验中测出电动机的转速随放大器输入电压变化的曲线，就是带有放大器的直流伺服电动机的调节特性曲线。
3)直流伺服电动机低转速运转时的不稳定性
从直流伺服电动机的理想调节特性来看，只要控制电压足够大（大于始动电压）时，电机就可以在很低的转速下运行，但实际上，当电动机工作在几转每分钟到几十转每分钟的范围内时，其转速就不均匀，出现时快、时慢、甚至暂停一下的现象，这种现象称为直流伺服电动机低速运转的不稳定性，产生的原因：
（1）低速时，反电动势平均值不大，因而齿槽效应等原因造成的电动势脉动的影响将增大，导致电磁转矩波动比较明显。
（2）低速时，控制电压值很小，电刷和换向器之间的接触电压的不稳定性的影响增大，导致电磁转矩不稳定性增大。
（3）低速时，电刷和换向器之间的摩擦转矩的不稳定性，造成电机本身阻转矩的不稳定，导致输出转矩不稳定。
直流伺服电动机低速运转的不稳定性将在控制系统中造成误差，必须在控制线路中采取措施使其转速均匀；或选用低速稳定性好的直流力矩电动机或低惯量直流电动机。
3、直流伺服电动机在过渡过程中的工作状态
设一台电动机以旋转，、、及的方向如图所示，数值为正，反之为负。这时，，。

图2-14 直流电机各量的正方向

图2-15 直流电机的发电机状态
1）、发电机工作状态
如果要求电动机的转速下降到，则控制系统加到电动机的控制电压要立即下降到。由于电机本身和负载具有转动惯量，转速不能马上下降，反电动势仍为，由于电压已发生变化，电枢电流也随之变化。如果忽略电枢绕组的电感，则电压方程为
如果此时，则为负值，电磁转矩方向改变，与转速方向相反，为制动性质，电机处于发电机状态。

图2-16 直流电机的反接制动状态
由于电磁转矩作用，电机转速迅速下降，电动势下降，当小于时，电机又回到电动机状态，直到转速下降到时，电机重新稳定。
2）、反接制动工作状态

图2-17 直流电机的能耗制动状态
如果需要电动机反转，则控制系统给电机施加一个反向的信号电压。由于电机本身和负载具有转动惯量，转速不能马上反向，电动势仍为，电压与同方向，电枢电流和电磁转矩也随着电压反向，这时电动机进入电枢电压反接制动状态：特点是（1）电枢电流大；（2）电磁转矩为制动性质，而且很大；（3）电机既吸收电能，又吸收机械能，并全部变成电机的损耗，其中主要是电枢铜损耗。
3）能耗制动状态
如果需要电机停转，控制系统施给电机的信号电压就马上降为零，并将电枢两端短接，这时电机也是处于发电机状态，只是，电压方程为，。此时的电磁转矩为制动性质，电机转速逐渐下降，直到。
这种运行方式是利用电动机原来积蓄的动能来发电，产生电磁转矩进行制动，所以称为能耗制动。
四、直流伺服电动机的两个参数
1、空载始动电压
在空载和励磁一定的情况下，使转子在任意位置开始连续转动所需的最小控制电压称为空载始动电压。空载始动电压一般为额定电压的2%~12%，小机座号、低电压的电机空载始动电压较大，空载始动电压小的伺服电动机的灵敏度高。
2、时间常数
电机在空载和额定的励磁电压下，加上阶跃的额定控制电压时，电动机转速从0开始到空载转速的63.2%所需的时间（推导过程见其它参考书）：
——转动惯量，负载通过传动比折合到电动机轴上的转动惯量和电动机本身的转动惯量；
——空载旋转角速度，。一般小于0.03秒，电机的时间常数小，可提高系统的快速性。
机电时间常数表示了电机过渡过程时间的长短，反映了电机转速追随信号变化的快慢程度，是伺服电动机一项重要的动态性能指标。
第三节 直流力矩电动机
在某些自动控制系统中，被控对象的运动速度相对来说是比较低的。希望有低转速、大转矩的电动机。
直流力矩电动机就是为这种低转速、大转矩负载的需要而设计制造的电动机，它能在长期堵转或低速运行时产生足够大的电磁转矩，而且不需要经过齿轮减速而直接作用于负载。它具有反应快、转矩和转速波动小、能在低转速下稳定运行、机械特性和调节特性好的优点。
目前直流力矩电动转矩可达几千牛米，空载转速可低到10左右。
一、 直流力矩电动机的结构特点
图 2-19 电枢体积不变的条件下，不同直径的电枢形状
图2-18
直流力矩电动机的工作原理与普通直流伺服电动机相同，结构和外形尺寸的比例不同。一般直流伺服电动机为了减小转动惯量，大部分做成细长圆柱形，而直流力矩电动机为了能在相同的体积和电枢电压下产生比较大的转矩和低的转速，一般做成圆盘形，电枢长度和直径之比一般为0.2左右；从结构合理性考虑，采用永磁多极。为了减少转矩和转速的波动，选取较多的槽数、换向片数和串联导体数。总体结构有分装式和内装式两种。分装式结构包括定子、转子和刷架三大部件，机壳和转轴由用户根据安装方式自行选配。内装式与一般电机相同，机壳和轴由制造厂装配好。定子1是一个用软磁材料做成的带槽的环，在槽中嵌放永久磁钢作为主磁场源，主磁场源在气隙中形成了分布较好的磁场。转子铁心2由导磁冲片叠压而成，槽中放有电枢绕组3；槽楔4由铜板做成，兼作换向片，槽楔两端伸出槽外，一端作为电枢绕组接线用，另一端作为换向片，将转子上的所有部件用高温环氧树脂灌封成整体；电刷5装在电刷架6上。
二、直流力矩电动机的转矩大、转速低的原理
力矩式电动机之所以做成圆盘形状，是为了在相同的体积和控制电压下产生较大的转矩和较低的转速。下面以两极电机为例进行分析。
1．电枢形状对转矩的影响
由电磁转矩的表达式得到对应图2-19（a）所示的电枢形状时的电磁转矩的表达式
——图2-19（a）所示电枢的绕组的总导体数；
——图2-19（a）所示一个磁极下平均磁密；
——图2-19（a）所示导体在磁场中的长度，即电枢铁心轴向长度；
——图2-19（a）所示电枢的直径。
电枢体积的大小，在一定程度上反映整个电机的体积。在电枢体积不变和电枢电流不变的情况下比较不同直径时的转矩。
把直径扩大一倍，而保持体积不变，如图2-19（b）所示，则，。铁心截面积增大到4倍，槽面积及电枢总导体数近似增加到4倍，即，此时的电磁转矩 即在体积、气隙平均磁密和导体中电流相同的情况下，如果把电枢直径增大1 倍，电磁转矩也增大1倍。电磁转矩大致与直径成正比。
2．电枢形状对空载转速的影响
若电枢直径为，则一个极下一根导体的平均电动势
一对电刷所串联的导体数为，则刷间电动势：
理想空载时，电机转速为，，则
已知当电枢体积和导体直径不变条件下，乘积近似不变。当和气隙平均磁密相同时，与电枢铁心直径近似成反比，即电枢直径越大，越低。
在电压和相同时，增大电动机的直径、减少轴向长度，就有利于增加电动机的转矩和降低空载转速。
三、直流力矩电动机的性能特点
1．力矩波动小、低速下能稳定运行。
力矩波动是力矩电动机的重要性能指标之一，这是因为电动机通常处在低速状态或长期堵转，力矩波动将导致运行不平稳或不稳定。力矩波动的程度用力矩波动系数来表示，是指转子处于不同位置时，堵转力矩的峰值与平均值之差相对平均值的百分数。力矩波动的主要原因是
1）绕组元件数、换向器片数有限使反电动势波动；2）电枢铁心存在齿槽引起磁场脉动；3）换向器表面不平使电刷与换向器之间的滑动摩擦力矩有所变化等。
抵制力矩波动的措施主要有：结构上采用扁平式电枢，增多电枢槽数、元件数和换向片数；适当加大电机的气隙，采用磁性槽楔、斜槽等。
2．机械特性和调节特性的线性度
电动机的机械特性和调节特性是在励磁磁通不变的条件下得出的。实际上，由于电枢反应的去磁作用，励磁磁通是变化的，而且去磁程度与电枢电流或负载转矩有关，电枢反应导致机械特性和调节特性的非线性。为了提高特性的线性度，在设计直流力矩电动机时，把磁路设计成高度饱和，并采取增大气隙等方法，削弱电枢反应的影响。
3．响应迅速、动态特性好
虽然直流力矩电动机电枢直径大，转动惯量大，但由于它的堵转转矩很大，空载转速很低，由可知，机电时间常数很小，动态性能好。
4．峰值堵转转矩和峰值堵转电流
电枢磁场对主磁场的去磁作用随电枢电流的增加而增加，故峰值堵转电流是受磁钢去磁限制的最大电枢电流，与其相应的堵转转矩称为峰值堵转转矩，它是力矩电动机最大的堵转转矩。
需要注意的是，由于电机定子上装有永久磁钢，所以在拆装电机时，务必使定子处于短路状态。即取出转子之前，先用短路环封住定子，再取出转子，否则，永久磁钢将失磁。如果使用中发生电枢电流超过峰值堵转电流，使电机失磁，并导致堵转转矩改变时，则必须重新充磁。
第四节 低惯量直流伺服电动机
图2-20 空心杯永磁直流伺服电动机
直流伺服电动机的起动转矩大，调速范围宽，机械特性和调节特性线性度好，控制方便，因此应用广泛。但是，由于直流伺服电动机转子带铁心，铁心有齿有槽，因此电动机性能上有缺陷，如转动惯量大，机电时间常数大，灵敏度差；转矩波动较大，低速运转时不平稳；换向火花带来无线电干扰，并影响电机的寿命，使电动机使用上受到一定的限制。目前，国内外已在普通直流伺服电动机的基础上发展了低惯量直流伺服电动机。主要形式有空心杯直流伺服电动机、盘形电枢直流伺服电动机和无槽直流伺服电动机
一、杯形电枢直流伺服电动机
杯形直流伺服电动机的结构如图2-20所示，定子有内定子和外定子，外定子装有永久磁钢，内定子起磁轭作用，由软磁材料做成。空心杯转子由成型的单个线圈沿转子圆柱面排列成杯形，或直接用绕线机绕成导线杯，再用环氧树脂固化定型，也可采用印制绕组。空心杯电枢直接安装在电机轴上，在内、外定子之间的气隙中旋转。由于转子内外侧需有足够的气隙，所以磁路的磁阻大，磁动势利用率低。通常需采用高性能永磁材料作磁极。
杯形直流伺服电动机的性能特点是：
1）低惯量。这是由于转子无铁心，薄壁细长，惯量极低，因此有超低惯量电动机之称。
2）灵敏度高。由于转子绕组散热条件好，绕组的电流密度可达，并且永久磁钢体积大，能够提高气隙的磁通密度，增大转矩，加之转动惯量小，所以转矩/惯量比很大，电机的机电时间常数很小（可达小于1ms），灵敏度高，快速性好。其始动电压在100mV以下，可完成每秒250个起——停循环。
3）损耗小，效率高。这是由于转子中无磁滞和涡流造成的铁损耗，效率可达80%。
4）力矩波动小，低速运行平稳。这是由于绕组在气隙中均匀分布，不存在齿槽效应，转矩传递均匀。
5）换向性能好，寿命长。由于杯形转子无铁心，换向元件 电感小，在换向时几乎不产生火花，换向性能好，大大提高电机的寿命，并且减少对无线电的干扰。
但是杯形直流伺服电动机的制造成本较高，大多用于高精度自动控制系统及测量装置等设备中，如电视摄像机、X—Y函数记录仪、机床控制系统等。
二、盘形电枢直流伺服电动机
图2-21
盘形电枢的特点是电枢直径远大于长度。定子由永久磁铁和前后铁轭共同组成，磁铁可以在圆盘的一侧，也可在两侧。盘形伺服电动机的转子电枢由线圈沿转轴径向排列，再用环氧树脂固化成圆盘型。定、转子间的气隙为轴向平面气隙，磁通沿轴向通过气隙。圆盘中电枢绕组是印制绕组或是绕线式绕组，后者功率比前者大。图2-21所示是印制绕组盘形电枢直流伺服电动机的结构简图。它不需要换向器，是利用靠近转轴的电枢端部兼作换向器，但是表面需镀一层耐磨材料，延长使用寿命。
圆盘绕组中通过的电流是径向电流，而磁通是轴向的，二者相互作用产生电磁转矩，使电机旋转。
盘形电枢直流伺服电动机的特点是：
1）结构简单，制造成本低。
2）起动转矩大。这是由于电枢绕组全部在气隙中，散热良好，绕组电流密度比一般普通的直流伺服电动机高10倍以上，容许的起动电流和起动转矩大。
3）力矩波动小，低速时运行稳定，调速范围广而平滑，能在1：20速比范围内平稳运行。这主要是由于电机没有齿槽效应以及电枢元件数、换向片数多的缘故。
4）换向性能好。电枢由非磁性材料制成，换向元件电感小，换向火花小。
5）电枢转动惯量小，反应快，机电常数一般在10~15ms，属于中等低惯量伺服电动机。
盘形电枢直流伺服电动机适用于低速和起动、反转频繁，要求薄形安装尺寸的系统中。输出功率几瓦到几千瓦，功率较大的主要用于数控机床、工业机器人、雷达天线驱动和其它伺服系统。
三、无槽电枢直流伺服电动机
图2-22 无槽直流伺服电动机结构
无槽电枢直流伺服电动机与普通直流伺服电动机的区别是电枢表面光滑，不开槽，电枢绕组元件直接放置在铁心的外表面，用环氧树脂浇注成型与铁心粘在一起，其气隙尺寸较大，比普通的直流电动机大10倍以上，定子励磁采用高性能的永久磁钢。
由于无槽电枢直流伺服电动机在磁路上不存在齿部磁通密度饱和的问题，因此可以提高气隙磁通密度，减小电枢的外径。这种电机的气隙磁密可达1T以上，比普通直流伺服电动机大1.5倍左右，电枢的长度与外径之比在5 倍以上。所以无槽电枢直流伺服电动机具有转动惯量小、起动转矩大、反应快、起动灵敏度高、转速平稳、低速运行均匀、换向性能良好等优点。目前电机的输出功率在几十瓦到以内，机电时间常数为5~10ms。主要用于要求快速动作、功率较大的系统，例如数控机床和雷达天线驱动等。
第五节 直流伺服电动机的性能指标及选择使用
一、直流伺服电动机的性能指标
目前我国生产的直流伺服电动机的型号主分有SY和SZ系列。SY是永磁式直流伺服电动机系列，SZ是电磁式直流伺服电动机系列。
例：36SZ01型直流伺服电动机，其中：36——表示机座外径尺寸为；SZ——产品代号，S表示伺服电动机，Z表示直流电磁式；01——电气性能数据。
直流伺服电动机的额定值与一般直流电动机的额定相似，有以下额定值
1．额定功率（W）、2．额定电压（V）、3．额定电流、4．额定转矩、5。额定转速、6．额定效率等。 和
额定值表明了电动机的主要性能和使用条件，是选用和使用电动机的依据。
二、直流伺服电动机的选择和使用
直流伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件，即在输入控制电压后，电动机能按照控制电压信号的要求驱动工作机械，伺服电动机通常作为随动系统，遥控和遥测系统主传动元件。
由伺服电动机组成的伺服系统，通常采用两种控制方式，一是速度控制方式，二是位置控制方式。速度控制原理框图如图2-23所示。
2-23
在此系统中，速度的给定量和反馈量都是以电压信号形式出现。当电动机的转速低于所要求的转速时，由测速发电机发出的电压信号与速度给定量的比较，使放大器电压升高向伺服电动机供电，电动机立即加速，反之若电动机的转速高于所要求的转速时，测速发电机发出电压与速度给定量比较，放大器电压降低向电动机供电，使电动机减速。只有在电动机的转速等于所需的转速时，测速发电机所发出的电压信号与速度给定量相平衡，反映出了电动机稳定运行时的电压，使电动机严格运行在给定的转速上。
直流伺服电动机在工业上应用实例很多，例如发电厂阀门的控制，变压器有载调压定位等等。
选择直流伺服电动机时，不仅仅是指对电动机本身性能的选择，还根据自动控制系统中是否选用直流伺服电动机，以及系统所采用的电源、功率和系统对电机的要求来选择。如控制系统要求线性的机械特性和调节特性，控制功率又大，则可选用直流伺服电动机。对随动系统要求伺服电动机的机电时间常数要小；短时工作的伺服系统则要求伺服电动机以较小的体积和重量能给出较大的堵转力矩和功率，对长期工作的伺服系统要求伺服电动机的寿命要长。
直流伺服电动机的品种和规格很多，为便于选用，特将部分国产品种的伺服电动机名称、性能特点和应用范围介绍如下：
1．电磁式直流伺服电动机
性能特点：电动机的磁场是由直流电励磁，需要直流电源，磁通不随时间变化，但是受温度的影响。
应用范围：可用于作中、大功率直流伺服系统的执行元件，适用于要求快速响应的伺服系统。
电磁式直流伺服电动机若采用电枢控制方法时，要特别注意在使用时首先要接通励磁电源，然后才能加电枢电压，避免长时间电枢电流过大而烧坏电动机。这是因为在起动瞬间电枢反电动势为零，如果先加电枢电压，而后接通励磁电源，这时会出现电枢电流等于，此时伺服电动机的电压全部降落在电枢电阻上，电枢电流很大，极易烧坏电动机。在电动机起动和运行过程中，绝对要避免励磁绕组断线以免电枢电流过大和造成“飞车”事故。
2．永磁式直流伺服电动机
性能特点：磁极由永久磁钢制成，无需直流励磁电源，只是磁性随时间而退化。机械特性和调节特性线性度好；机械特性下垂，在整个调速范围内都能稳定运行，气隙小，磁通密度高，单位体积输出功率大、精度高，电枢齿槽效应会引起转矩脉动，运行基本平稳；电枢电感大，高速换向困难。
应用范围：可用于小功率一般直流伺服系统的执行元件，但不适合于要求快速响应的系统。
由于永磁式直流伺服电动机磁极是采用永久磁钢制成，所以永磁材料性能的好坏直接影响永磁电动机运行的可靠性。
大多数永磁材料的机械强度是不高的，易于碎裂，在安装和使用这类电动机时，要防止剧烈振动和冲击。因为任何的机械冲击和振动都将引起磁铁内部磁畴排列的混乱，使磁铁退磁。此外在安装和使用永磁式直流伺服电动机时，尽量不与热源(例如功放管)和铁磁性物质相接触，否则也会引起磁性衰退，从而影响电动机的永磁材料性能。
3．直流力矩电动机
性能特点：除具有永磁式直流伺服电动机的特点外，还具有精度较高，输出功率大，能在低速下长期稳定运行，甚至可以堵转运行；具有响应速度快、转矩和转速波动小；运行可靠，维护方便，机械噪音小。
应用范围：它和直流测速发电机配合可用于高精度的低速系统，还可作高精度位置和低速随动系统中的执行元件。可用在较大功率的伺服系统的驱动及执行元件。
4．空心杯电枢直流伺服电动机
性能特点：由于电枢比较轻，转动惯量极低，机电时间常数小；电枢电感小，电磁时间小，无齿槽效应，转矩波动小，运行平衡，换向良好，噪音低；机械特性和调节特性线性度好，机械特性下垂，气隙大，单位体积的输出功率小。
应用范围：适用于快速响应的伺服系统；用于小功率(10W以下)，所以空心杯电枢直流伺服电动机可用干电池供电，用于便携式仪器。