2.4.1 步进电机

步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置。由于所用的 电源是脉冲电源，所以又称为脉冲马达。步进电机用于与控制脉冲组成的开环系统中。

步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。步进电机是一种将电脉冲转化 为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定 的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行 的。现如今，我国使用的步进电机多为反应式步进电机。

总结步进电动机自身的优点有：可以用数字信号直接进行开环控制，整个系统造 价低；位移与输入脉冲信号树相对应，步距误差不长期积累；无刷，电动机本体部件 少，可靠性高；易于起动，停止，正反转及变转；停止时，可以通电自锁；速度可在 相当宽的范围内平滑调节，同时用一台控制器控制几步电动机，可使它们完全同步运 行。缺点：步进电动机带惯性负载能力差；由于存在失步和低频共振，因此步进电动 机的加减方法根据利应用状态的不同而复杂化。

伺服驱动系统对驱动电源的基本要求：驱动电源的相数、通电方式和电压、电流 都满足步进电动机的需要；要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要求；能最大 限度地抑制步进电动机的振荡；工作可靠，抗干扰能力强；成本低、效率高、安装和 维护方便。

通用数控机床进给系统采用永磁同步电机，主轴驱动系统可采用异步交流伺服电 机。

2.4.2 永磁式三相交流同步电机伺服系统

交流伺服电动机的转子是一个具有两个极的永磁体(也可以是多极的)。如图 2.1 所示按照电动机学原理，当电动机的定子三相绕组接通三相交流电源时，就会产生旋 转磁场(Ns，Ss)以同步转速 ns 逆时针 方向旋转。根据两异性磁极相吸的原理，定子磁极 Ns(或 Ss)紧紧吸住转子，以同步转速 ns 在空间旋转，即转子和定子磁场同 步旋 转。当转子加上负载转矩后，转子磁极轴线将落后定子磁场轴线一个θ夹角。转子的 负载转矩增大时，定子磁极轴线与转 子磁极轴线间的夹角θ增大；负载转矩减小时 θ角减小。但只要负载不超过一定的量，转子就始终跟着定子旋转磁场同步转动，此 时转子的转速只决定于电源频率和电动机的极对数，而与负载大小无关。当负载转矩 超过一定的限度，电动机就会“丢步”，即不再按同步转速运行直至停转。这个最大限 度的转矩称为最大同步转矩，因此，使用永磁式同步电动机时，负载转矩不能超过最 大同步转矩。