步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位线 位移的控制电动机。  位移量的控制 向步进电动机送一个控制脉冲，其转轴就 转过一个角度或移动一个直线位移，称为一步；脉冲数增加， 角位移(或线位移)随之增加，即脉冲数决定位移量。  进给速度的控制 脉冲频率高，则步进电动机的旋转速度就 高，反之则低，即脉冲频率决定进给速度。

  将环形分配器输出的脉冲信号放大，以 用足够的功率来驱动步进电动机。 最早的功率驱动器采用单电压驱动电路， 后来出现了双电压(高电压)驱动电路、斩波 电路、调频调压和细分电路等。

  ① 单电压驱动电路 图中L为步进电机励磁绕组的电感，Ra为绕组电阻， 并串接一电阻Rc，为了减 小回路的时间常数，电阻 Rc并联一电容C，从而提 高电机的快速响应能力和 启动性能。续流二极管VD 和阻容吸收回路RC，是功 率管VT的保护线路。 单电压驱动电路的优点 是线路简单，缺点是电流 上升不够快，高频时带负 载能力低。

  Z—转子齿数 K—控制方式系数， K=拍数p/相数m 厂家对于每种步进电动机给出两种步距角，彼此相差一 倍。大步距角系指控制供电拍数与相数相等时的步距角；小 步距角系指供电拍数是相数两倍时的步距角。

  小），跟随精度高（跟随误差小）。一般定位精度要求达到 mm级，高的达0.01~0.005 mm。

  电机升降速过渡过程，时间在0.2s以下。另外，当负载突变 时，要求速度的恢复时间短，且无振荡，这样才可以得到光滑 的加工表面。

  (1) 按运动方式分：旋转式、直线运动式、平面运动式和滚 切运动式。 (2) 按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、永磁 感应子式(混合式)。

  (4) 按相数分：三相、四相、五相、六相和八相等。 (5) 按使用频率分：高频步进电动机和低频步进电动机。

  如果步进电动机的步距角θ和丝杠螺距S(基本导程)不能 满足脉冲当量δ的要求时，应在步进电动机与丝杠之间加入齿 轮传动，用减速比来满足δ的要求。

  5. 永磁式步进电动机 工作原理：转子或定子的一方具有永久磁 钢，另一方有软磁材料制造成，由绕组轮流 通电产生的磁场与永久磁钢相互作用，产 生转矩是转子转动。 特点：步距角大，内阻较大，效率高 断电后有一定的定位转矩。 6. 混合式步进电动机 （永磁感应子式） 定子结构与反应式基本相同，转子由环形 磁钢及两段铁心组成。兼有以上两种的主 要优点，是步进电动机的新产品。

  磁力要使相邻转子齿与其对齐(使磁阻最小)，B相和C相定、转子错齿分 别为1/3齿距(3°)和2/3齿距(6°)。  第二拍：B相绕组通电，A、C相绕组断电。电磁反应力矩使转子顺时针 方向转动3°，与B相的定子齿对齐，此时A、C相的定、转子齿互相错 开。  第三拍：C相绕组通电，A、B相绕组断电。电磁反应力距又使转子顺时 针方向转动了3°，与C相定子齿对齐，同时A相、B相定、转子齿错开 重复通电顺序，A B C A ……

  直流伺服电动机具有优良的调速性能，但直流伺 服电动机的电刷和换向器容易磨损，需要经常维护；由

  CNC装置是数字控制机床的“大脑” ， “指挥机构” 伺服系统是数字控制机床的“四肢” ， “执行机构”。

   小惯量直流伺服电动机 惯量小，响应速度快， 但过载能力低。  永磁直流伺服电动机 转矩大，惯量大，稳定性 好，调速范围宽。  但有电刷，限制速度的提高（1000~1500r/min）。

  由于每拍只有一相绕组通电，在切换瞬间可能失去自锁 力矩，容易失步。而且，只有一相绕组通电吸引转子，易在 平衡位置附近产生振荡。因此，单三拍通电控制方式，工作 稳定性差，一般较少采用。

  采用双三拍通电控制方式，能克服单三拍工作的缺点。 若定子绕组的通电顺序为 AB BC CA AB …… ，则步进电动机的转子就顺时针方向转动，从一个磁场 最强处走到了另一个磁场最强处，故其步距角仍为3°。 若定子绕组的通电顺序为 AB BC ……， CA AB

  单段式三相反 应式步进电动机 的结构： 定子铁心上有 六个均匀分布的 磁极，沿直径相 对两个极上的线 圈串联，构成一 相励磁绕组。

  转子铁心上无绕组，只有均匀分布的40个齿，齿槽距相等， 齿距角为360°/40＝9°。

  加工质量，一般要求调速范围 ：最低转速/最高转速 =1/1000~1/10000，且通常是无级调速。

  ☆ 开环伺服系统采用步进电机作为驱动元件； ☆ 没有位置反馈回路和速度反馈回路；

   运动方向的控制 改变分配脉冲的相序，实现步进电动机的 正、反转，从而改变运动方向。 与一般交流和直流电动机所不同的是，步进电动机定子 绕组所加的电源形式为脉冲电压，而不是正弦电压或者恒 定直流电压。

  步进电动机每步的转角称为步距角，计算公式： 360 θ＝ (°) Z mK

  可以克服高低压驱动电路的波顶的凹陷 造成高频输出转矩的下降，使励磁绕组中的电流维持在额定 值附近。 工作原理：环形分配器输出的正脉冲将VT1、VT2导通，由于U1电压较

  高，绕组回路又没串电阻，所以绕组电流迅速上升，当绕组电流上升到 额定值以上的某一数值时，由于采样电阻Re的反馈作用，经整形、放大 后送至VT1的基极，使VT1管截止。接着绕组由U2低压供电，绕组中的 电流立即下降，但刚降到额定 值以下时，由于采样电阻Re 的反馈作用，使整形电路无信 号输出，此时高压前置放大电 路又使VT1导通，电流又上升 。如此反复进行，形成一个在 额定电流值上下波动呈锯齿状 的绕组电流波形，近似恒流。

  重复单三拍的通电顺序，A B C A ……，步进电 机就顺时针方向旋转起来，对应每个指令脉冲，转子转动一 固定角度3°(步距角) 。

  若定子绕组通电顺序为A C B A ……，则电动 机转子就逆时针方向旋转起来，其步距角仍为3°。

  主要功能是将CNC装置的插补脉冲， 按 步进电动机所要求的规律分配给步进电动机驱动电源的各 相输入端，以控制励磁绕组的导通或关断。同时由于电动机 有正反转要求，所以环形分配器的输出是周期性的，又是可 逆的。  硬件环形分配器 根据步进电机的相数和控制方式设计的 真值表或逻辑关系式，采用逻辑门电路和触发器来实现。一 般由与非门和J－K触发器组成。常用的是专用集成芯片或通 用可编程逻辑器件组成的环形分配器。  软件环形分配器 按步进电动机的要求编制不同的软环分 程序，存入EPROM中。常用的是查表法

  通电顺序：A AB B BC C CA A …… 每切换一次，步进电动机就顺时针方向转动1.5°，步距 角减小一半。原因是：当由A相切换到AB相通电时，A相定 子磁极力图不让转子转动，而保持与其定子齿对齐，而B相 定子磁极的电磁反应力矩也力图使其顺时针转动3°，与B 相定子齿对齐，此时，转子齿与A相、B相定子齿均未对齐 ，此位置是A相、B相定子合成磁场的最强方向，即转子顺 时针方向转动1.5°。 若通电顺序为：A AC C BC B AB A ……则步进电动机的转子就逆时针方向运动，步距角仍为 1.5°。 三相六拍控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半； 在切换时，保持一相绕组通电，工作稳定，比双三拍增大了 稳定区。所以三相步进电动机常采用这种控制方式。

  其特点是供给步进电机绕组有 两种电压：一种是高电压U1，由电机参数和晶体管特 性决定，一般在80v至更高范围，另一种是低电压U2， 即步进电机绕组标称电压，一般为几伏，不超过20v。

  高压U1 ，以提高绕组 中电流上升率，当电流达 到规定值时、VT1关断、 VT2仍然导通，则自动切 换到低压U2。 该电路的优点是在较宽 的频率范围有较大的平均 电流，能产生较大且稳定 的平均转矩，其缺点是电 流波顶有凹陷，电路较复 杂。

  伺服电动机是指能够精密地控 制其位置的一种电动机。直流伺服 电动机是伺服电动机的一种。

  第二节 步进电动机及其驱动系统 第三节 直流伺服电动机及其速度控制 第四节 交流伺服电动机及其速度控制

  ☆位置检测元件安装在电动机轴上或丝杠上，用以精确控制 电机的角度，为间接测量； ☆坐标运动的传动链有一部分在位置闭环以外，其传动误差 没有正真获得系统的补偿； ☆半闭环伺服系统的精度低于闭环系统。 ☆适用于精度要求适中的中小型数控机床。

   磁力线力图走磁阻最小的路径，由此产生反应力矩  各相定子齿之间彼此错齿1/m齿距，m为相数

  ① “单三拍”供电方式的步进电动机的工作原理：  第一拍：A相励磁绕组通电，B、C相励磁绕组断电。A相定子磁极的电

  步进电动机大多数都用在开 环位置控制管理系统。它由步进 电动机驱动电源和步进电动 机组成，没有反馈环节。

  由于开环系统精度不高，且步进电动机的功率和速度不 高，因此步进电动机驱动系统仅用于小容量、加工速度低 、脉冲当量和精度不太高的场合，如经济型数字控制机床和电 加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。

  磁绕组顺序通电。 2. 基础要求 （1）电源的基本信息参数与电动机相适应； （2）满足步进电动机起动频率和运行频率 的要求； （3）抗干扰能力强，工作可靠； （4）成本低，效率高，安装维修方便。