步进电机是按电磁吸引的原 理进行工作的。当定子绕组 按顺序轮流通电时，A、B、 C三对磁极就依次产生磁场， 并每次对转子的某一对齿产 生电磁引力，将其吸引过来， 而使转子一步步转动。每当 转子某一对齿的中心线与定 子磁极中心线对齐时，磁阻 最小，转矩为零。
步进电动机工作原理
数控机床驱动和位置控制终
第5章 数控机床的驱动与位置控制
入不丢步的正常运行的最高频率。
4).连续运行的最高工作频率 最高工作频率指步进电机连续运行时，不丢步运行的极限频率。
5). 加减速特性 加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率
到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。
6). 矩频特性与动态转距 矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频
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第5章 数控机床的驱动与位置控制
5.2 伺服系统的驱动元件
2).矩角特性、最大静态转矩Mjmax和起动转矩Mq
图5-5 步进电动机静态矩角特性曲线
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5.2 伺服系统的驱动元件
3).启动频率 启动频率指空载时，步进电机由静止状态突然启动，并进
5.2 伺服系统的驱动元件
➢按通电顺序不同，其运行方式有三相单三拍、三相双三拍和三 相单双六拍三种。
❖ 三相单三拍： A→B→C→A→… (转子逆时针转动）
A→C→B→A→… （转子顺时针转动） 特点：(1)每输入一个脉冲，转子转过1/3齿距，步距角为30°。
(2)步进电动机的转速决定于控制绕组与电源接通和断开的脉冲 变化频率。
开环伺服系统 按调节理论 闭环伺服系统
半闭环伺服系统
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5.2 伺服系统的驱动元件
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5.2 伺服系统的驱动元件
对伺服驱动元件即伺服电动机的要求：
(1)电动机从最低转速到最高转速范围内应都能平滑地 运转；转矩波动要小，尤其在最低转速时，仍要有平 稳的速度而无爬行现象； (2)电动机应具有大的、较长时间的过载能力，以满足 低速大转矩的要求； (3)电动机应可控性好、转动惯量小、响应速度快； (4)电动机应能承受频繁的启动、制动和反转。
有 永 磁 式 (PM,permanent magnet), 磁 阻 式 即 反 应 式 (VR,variable reluctance) 和混合式(HB,hybrid)等。
三相反应式步进电机结构动与位置控制
5.2 伺服系统的驱动元件
(2)步进电动机的工作原理
(3)由于每次只有一相绕组通电，在切换瞬间将失去自锁转矩， 容易失步，另外，只有一相绕组通电，易在平衡位置附近产生振荡， 稳定性不佳，故实际应用中不采用单三拍工作方式。
❖ 三相双三拍： AB→BC→CA→AB →… (转子逆时针转动）
AC→CB→BA→AC数→控…机床驱(转动子和位顺置时控制针终转动）
第5章 数控机床的驱动与位置控制
5.2 伺服系统的驱动元件
特点： (1)有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，因此其步 距角仍为30°。
(2)由于每次有二相绕组通电，而且切换时总保持一相绕 组通电，所以工作比较稳定，避免了单三拍通电方式的弱点。 ❖ 三相六拍： A→AB→B→BC→C→CA→A… (转子逆时针转动） A→AC→C→CB→B→BA→A… (转子逆时针转动）
率之间的关系。
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5.2 伺服系统的驱动元件
步进电动机的矩频特性
步进电动机加减速特性曲线
2.直流伺服电动机
(1)直流伺服电机的分类与特点
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5.2 伺服系统的驱动元件
a.小惯量直流伺服电机 结构一般为永磁式，长径比大，转动惯量小，响
特点： (1)每输入一个脉冲，转子转过1/6齿距，步距角为15°。 (2)这种控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半，因
而精度更高，且转换过程中始终保证有一个绕组通电，工作稳 定，因此这种方式被大量采用。
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5.2 伺服系统的驱动元件
(2)步进电动机的主要特性
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5.2 伺服系统的驱动元件
1.步进电动机
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5.2 伺服系统的驱动元件
(1)步进电动机的结构
电机的定子和转子铁心通常由 硅钢片叠成。定子和转子均匀 分布着很多小齿。定子上有A、 B、C三对磁极，在相对应的磁 极上绕有A、B、C三向控制绕 组。其几何轴线依次分别与转 子齿轴线错开。
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概述 伺服系统的驱动元件 进给驱动 主轴驱动 常用的检测装置
位置控制
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第5章 数控机床的驱动与位置控制
5.1 概述
组成：一般由控制调节器、功率驱动装置、检测反馈装置
伺
和伺服电机四部分组成。
服
系
统
的
组
成
图5-1 半闭环进给伺服系统结构
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5.1 概述
伺 服 系 统 的 组 成
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5.1 概述
进给伺服系统
伺 服
按用途和功能 主轴伺服系统
系
脉冲数字比较伺服系统
统 的 分 类
按反馈比较控制方 式幅 相值 位比 比较 较伺 伺服 服系 系统 统 全数字伺服系统
应速度快，但过载能力低；由于转动惯量小，必须配 齿轮减速箱，才能拖动负载。用于进给驱动。
b.大惯量宽调速直流伺服电机 结构为永磁式，惯量大，输出 转矩大，可以直接与丝杠相连， 过载能力强，动态响应好，稳 定性好，调速范围宽且运转平 稳。用于进给驱动。
1).步距角与歩距误差 步距角指步进电机定子绕组通电状态每改变一次，转子转
过的角度。
a = 3600
mzk
m—定子相数；z—转子齿数；k—拍数与相数的比例系数 m相m拍，k=1, m相2m拍， k=2
常见的步距角0.60/1.20 , 0.750/1.50 , 0.90/1.80 ,10/20, 1.50/30 等。 步距角越小,控制越精确。 步距误差直接影响执行部件的定位精度。