第3章：执行元件的分类及控制用电机的驱动资料
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(完整版)详细的电机分类讲解
流电机
电机，它采用机械换向，外部磁极不动内部线圈(电枢)动，换向器和转子
线圈一起旋转，电刷和磁铁都不动，于是换向器和电刷摩擦摩擦，完成电
流方向的切换。（视频传送门）。
电磁
有刷电机缺点：1、机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁干扰、噪声大、寿命短。2、 可靠性差、故障多，需要经常维护。3、由于换向器存在，限制了转子惯量，限制了最高转速，影响了 动态性能。
对于无刷直流电机，调速的时候表面上只控制了输入电压，但电机的自控变频调速系统（无刷直流电机本身自带转子 位置检测器等转子位置信号获取装置，使用此装置的转子位置信号来控制变压变频调速装置的换相时刻）自动根据变压控制了频率，用起来和直 流（有刷）电机几乎一样，非常方便。由于转子采用永磁体，不需要专门的励磁绕组，在同等容量的情况下，电机 体积更小，重量更轻，效率更高，结构更紧凑，运行更可靠，动态性能更好，在电动汽车的驱动等方面都获得了广 泛的应用。
往往做成两相的。主绕组由单相电源直接供电；副绕组在空间上与主绕组差
异步电机
90°(电角度，等于机械角度被电动机磁极对数除)。副绕组串联电容或电阻后
再接到单相交流电源，使其中通过的电流和主绕组中的电流有一定的相位差。 使合成磁场成椭圆形旋转磁场，甚至可能接近于圆形旋转磁场。电动机因此获
基本已 经淘汰
得起动转矩。 利用电阻分相方法的电动机价格低廉，例如副绕组用较细的导线绕制即可，但分相效果较差，
基本没有应用 不做介绍
绕线式 （有刷）
鼠笼式 （无刷）
基本已 经淘汰
串励电机 电阻分相 电容分相 罩极电机
单相串励电机的调速，大多数采用调节电 压的方法，就是改变电动势。
单相串励电机的电压调速方法采用的可控 移相调压，利用可控硅的触发电压滞后于输入 电压实现对输入电压的移相触发。在实现方法 上有硬件和软件方式。采用调节电压方法，采 用可控硅调速技术，具有线路简单，元件体积 小等特点，是一种可控硅简单有效的方法。
执行元件及控制第二章常用电动机
•U2 •V2
•W2
• 接线盒
•U1 •V1
•W1
•三相电源
•W2 •U2 •V2 •U1 •V1 •W1
•三相电源
•11
•三相定子绕组的接法 三角形连接。
•三相电源
•U1 •V1 •W1
•U2 •V2 •W2
• 接线盒
•W2 •U2
•V2
•U1 •V1
•W1
•三相电源
•二、转子 由转子铁心和绕组组成。
•⊙•W 1
••U⊙2•1V
•⊙
•ωt= 180°
•⊙ •U1 •V2 •W2
•⊙•W1•U2 •V1
•N
•结论：对称放置(空间位置差120º角)的对称三相绕组，
•通入对称三相电流时，在空间产生强弱不变、转速恒定
•的旋转磁场
•27
•（二）旋转磁场的旋转方向
•由三相绕组通入三相电流的相序决定。
•相序 U→V→W
•40
•4.4三相异步电动机的机械特性
• 电磁转矩是决定电动机输出机械功率大小的重要 因素，也是电动机的一项性能重要指标。
•一、 三相异步电动机电磁转矩的基本公式
•CT 转矩常数
•电机结构决定的系数
•Φ 旋转磁场每个磁极下的磁通量,表示磁场的强弱。
•I2 转子绕组电流有效值。
•cosφ2 转子绕组电路功率因数（转子绕组电路是电
•定子绕组的额定电流(三相对称绕组的线电流)
•(2)计算额定转差率
•该电动机的磁极对数 p=2,同步转速 n1=1500r／min。
•额定转差率
•39
•(3)计算额定转矩
•(4)最大电磁转矩 •Tmax=2.2TN=2.2×71.95=158.29N·m
第3章动力元件
• 外啮合齿轮泵的泄漏途径：
泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏： 10%-15%； 齿面啮合处间隙的泄漏：很少； 齿轮端面间隙的泄漏， 70%-75%。
减小端面泄漏是提高齿轮泵容积效率的主要途径。
2．液压径向不平衡力
• 原因：
在压油腔和吸油腔之间存 在着压差； 泵体内表面与齿轮齿顶之 间存在着径向间隙。 • 液体压力的合力作用在 齿轮和轴上，是一种径 向不平衡力。
⑵ 额定压力： 液压泵在正常工作条件下,按试 验标准规定连续长期运转的最高压力。额定压
力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来 决定。超过这个压力值，液压泵有可能发生机械或 密封方面的损坏。
液压泵在正常工作时，其工作压力应小 于或等于泵的额定压力。
⑶ 最高允许压力：在超过额定压力的条件下,根据
c) 在配油盘上开卸荷三角槽。
③定子工作表面（内）曲线 要求: a) 叶片不发生脱空 ； b) 获得尽量大的理论排量； c) 减小冲击，以降低噪声，减少磨损 d) 提高叶片泵流量的均匀性，减小流量脉动。 常用定子的过渡曲线有：阿基米德曲线、
等加速-等减速曲线、正弦曲线、高次曲线等。
④叶片倾角：
叶片在转子中的安放应当有利于叶 片的滑动，磨损要小。
压泵技术规格指标之一。
⑹瞬时流量qin：泵在每一瞬时的流量，一般指 泵瞬时理论(几何)流量。
3.功率:
液压泵的输入能量为机械能，其表现为转 矩和转速；液压泵的输出能量为液压能，表现 为压力和流量。
⑴理论功率Pt： 它用泵的理论流量与泵进出
口压差的乘积来表示，
Pt pqt
⑵输入功率Pi 实际驱动液压泵轴所需要的机械功 率，由电动机或柴油机给出，即 Pi T 2nT
q
泵体内表面和齿顶径向间隙的泄漏： 10%-15%； 齿面啮合处间隙的泄漏：很少； 齿轮端面间隙的泄漏， 70%-75%。
减小端面泄漏是提高齿轮泵容积效率的主要途径。
2．液压径向不平衡力
• 原因：
在压油腔和吸油腔之间存 在着压差； 泵体内表面与齿轮齿顶之 间存在着径向间隙。 • 液体压力的合力作用在 齿轮和轴上，是一种径 向不平衡力。
⑵ 额定压力： 液压泵在正常工作条件下,按试 验标准规定连续长期运转的最高压力。额定压
力值的大小由液压泵零部件的结构强度和密封性来 决定。超过这个压力值，液压泵有可能发生机械或 密封方面的损坏。
液压泵在正常工作时，其工作压力应小 于或等于泵的额定压力。
⑶ 最高允许压力：在超过额定压力的条件下,根据
c) 在配油盘上开卸荷三角槽。
③定子工作表面（内）曲线 要求: a) 叶片不发生脱空 ； b) 获得尽量大的理论排量； c) 减小冲击，以降低噪声，减少磨损 d) 提高叶片泵流量的均匀性，减小流量脉动。 常用定子的过渡曲线有：阿基米德曲线、
等加速-等减速曲线、正弦曲线、高次曲线等。
④叶片倾角：
叶片在转子中的安放应当有利于叶 片的滑动，磨损要小。
压泵技术规格指标之一。
⑹瞬时流量qin：泵在每一瞬时的流量，一般指 泵瞬时理论(几何)流量。
3.功率:
液压泵的输入能量为机械能，其表现为转 矩和转速；液压泵的输出能量为液压能，表现 为压力和流量。
⑴理论功率Pt： 它用泵的理论流量与泵进出
口压差的乘积来表示，
Pt pqt
⑵输入功率Pi 实际驱动液压泵轴所需要的机械功 率，由电动机或柴油机给出，即 Pi T 2nT
q
机电一体化技术-第03章 执行器
（3）阀的公称通径与管道公称通径不同时，两者之间 应加一段异径管。
（4）气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。 特殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径阀外， 一般应加支撑。即使正立垂直安装，当阀的自重较大 和有振动场合时，也应加支撑。
（5）通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明， 不能装反。
控制阀的口径选择是由控制阀流量系数KV值决 定的。流量系数KV的定义为：当阀两端压差为 100kPa，流体密度为1g/cm3，阀全开时，流经控制 阀的流体流量。
7.气动执行器的安装和维护
（1）为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面 或楼板的地方。
（2）气动执行器应安装在环境温度不高于+60℃和不 低于-40℃的地方，并应远离振动较大的设备。
快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速 启闭的切断阀或双位控制系统。
6.控制阀的选择
1）控制阀结构与特性的选择
结构形式选择 主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物
理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。 特性选择
先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然 后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。
第三章 执行器
3.1 概述
1.执行器作用
接收控制器输出的控制信号，改变操 纵变量，使生产过程按预定要求正常 进行。
控制信号 执行器
操纵变量
蒸汽加热反应器工艺控制图
温度给定
﹢ ‐
温度控制器 TC
干扰 蒸汽流量
控制阀
反应器
出料温度
温度传感与变送器 TT
反应器温度控制系统方框图
2.执行器组成
电流4~20mA
气关阀
例2：加热炉炉温的控制
TT
TC
（4）气动执行器应该是正立垂直安装于水平管道上。 特殊情况下需要水平或倾斜安装时，除小口径阀外， 一般应加支撑。即使正立垂直安装，当阀的自重较大 和有振动场合时，也应加支撑。
（5）通过控制阀的流体方向在阀体上有箭头标明， 不能装反。
控制阀的口径选择是由控制阀流量系数KV值决 定的。流量系数KV的定义为：当阀两端压差为 100kPa，流体密度为1g/cm3，阀全开时，流经控制 阀的流体流量。
7.气动执行器的安装和维护
（1）为便于维护检修，气动执行器应安装在靠近地面 或楼板的地方。
（2）气动执行器应安装在环境温度不高于+60℃和不 低于-40℃的地方，并应远离振动较大的设备。
快开特性的阀芯形式是平板形的，适用于迅速 启闭的切断阀或双位控制系统。
6.控制阀的选择
1）控制阀结构与特性的选择
结构形式选择 主要根据工艺条件，如温度、压力及介质的物
理、化学特性（如腐蚀性、黏度等）来选择。 特性选择
先按控制系统的特点来选择阀的希望流量特性，然 后再考虑工艺配管情况来选择相应的理想流量特性。
第三章 执行器
3.1 概述
1.执行器作用
接收控制器输出的控制信号，改变操 纵变量，使生产过程按预定要求正常 进行。
控制信号 执行器
操纵变量
蒸汽加热反应器工艺控制图
温度给定
﹢ ‐
温度控制器 TC
干扰 蒸汽流量
控制阀
反应器
出料温度
温度传感与变送器 TT
反应器温度控制系统方框图
2.执行器组成
电流4~20mA
气关阀
例2：加热炉炉温的控制
TT
TC
第3章 机电一体化从零开始
及其分类
执行装置就是“按照电信号的指令，将来自电、液压和气压等各种能 源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式的机械能的装置”。
按利用的能源分类，可将执行装置分为电动、液压和气动执行装置。 在电动执行装置中，有直流电机、交流电机、步进电机和直接驱动电 机等实现旋转运动的电动机，以及实现直线运动的直线电机。电动执 行装置由于其能源容易获得，使用方便，所以得到了广泛的应用。
(2)构造与工作原理
直流伺服电机由永磁体定子、线圈转子(电枢)、电刷和换向器构成。 为了得到连续的旋转运动，就必须随着转子的转动角度不断改变电流 方向，因此，必须有电刷和换向器。
(3)特性与驱动方法 枢控式直流伺服电机是通过转子的线圈电压和线圈电流来进行控制的 电机。电机的输出转矩可以表示为
V
V V
2. 交流伺服电机
(1)特 性
交流伺服电机的最大优点是因没有电刷和换向器而不需要维护，也没 有产生火花的危险；缺点是与直流电机相比驱动电路复杂、价格高。
随着机电一体化技术的发展，逐渐攻克了许多技术难题。交流伺服电 机在工业机器人和NC机床等许多领域内得到了广泛的应用。 特别是用电子转换向器代替机械换向器的无刷电机，由于继承了有刷 电机的良好控制性能，因此，在机电一体化领域已成为非常有用的电 动执行装臵。
（2）闭环伺服系统 这类系统是误差控制随动系统，驱动元件为交流或直流伺服电动机， 电动机带有速度反馈装置，被控对象装有位移测量元件。
由于闭环伺服系统是反馈控制，测量元件精度很高，所以系统传动链 的误差、环内各元件的误差以及运动中造成的随机误差都可以得到补 偿，大大提高了跟随精度和定位精度。
（3）半闭环伺服系统
虽然撞停等简单动作速度较高，但在任意位置上停止的动作速度很慢， 能量效率较低。
执行装置就是“按照电信号的指令，将来自电、液压和气压等各种能 源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式的机械能的装置”。
按利用的能源分类，可将执行装置分为电动、液压和气动执行装置。 在电动执行装置中，有直流电机、交流电机、步进电机和直接驱动电 机等实现旋转运动的电动机，以及实现直线运动的直线电机。电动执 行装置由于其能源容易获得，使用方便，所以得到了广泛的应用。
(2)构造与工作原理
直流伺服电机由永磁体定子、线圈转子(电枢)、电刷和换向器构成。 为了得到连续的旋转运动，就必须随着转子的转动角度不断改变电流 方向，因此，必须有电刷和换向器。
(3)特性与驱动方法 枢控式直流伺服电机是通过转子的线圈电压和线圈电流来进行控制的 电机。电机的输出转矩可以表示为
V
V V
2. 交流伺服电机
(1)特 性
交流伺服电机的最大优点是因没有电刷和换向器而不需要维护，也没 有产生火花的危险；缺点是与直流电机相比驱动电路复杂、价格高。
随着机电一体化技术的发展，逐渐攻克了许多技术难题。交流伺服电 机在工业机器人和NC机床等许多领域内得到了广泛的应用。 特别是用电子转换向器代替机械换向器的无刷电机，由于继承了有刷 电机的良好控制性能，因此，在机电一体化领域已成为非常有用的电 动执行装臵。
（2）闭环伺服系统 这类系统是误差控制随动系统，驱动元件为交流或直流伺服电动机， 电动机带有速度反馈装置，被控对象装有位移测量元件。
由于闭环伺服系统是反馈控制，测量元件精度很高，所以系统传动链 的误差、环内各元件的误差以及运动中造成的随机误差都可以得到补 偿，大大提高了跟随精度和定位精度。
（3）半闭环伺服系统
虽然撞停等简单动作速度较高，但在任意位置上停止的动作速度很慢， 能量效率较低。
2019-数控原理3伺服-文档资料
电枢电压成正比，即：
TD
U Ra
kt
直流伺服电动机机械特性
n
U3 > U2 > U1
步进电动机驱动系统
三相步进电动机的控制 字格式如下。
节拍 C
B
A 控制字 节拍 C
B
A 控制字
1 0 0 1 01H 4 1 1 0 06H
2 0 1 1 03H 5 1 0 0 04H
3 0 1 0 02H 6 1 0 1 05H
步进电动机驱动系统
从表中可知，当电机正转时，取控制字为 01H、03H、02H、06H、04H、05H；反转 时的控制字正好相反。用微机实现软件环分， 将控制字存放在ROM当中，通过查表来提取 控制字。
步进电动机的工作原理
以三相反应式步进电动 机为例，定子有6个磁 极，每两个相对的磁极 上绕有一相控制绕组。 转子上装有40个凸齿。 步进电动机的工作原理， 其实就是电磁铁的工作 原理。定子励磁，转子 感应。
步进电动机的工作原理
单三拍：由环形分配器送来的脉冲信号，对定子 绕组轮流通电，按A—B—C—A—B—C…方式通 电。磁通具有力图沿磁阻最小路径通过的特点。
步进电动机驱动系统
步进电动机的输入信号是一系列的电脉冲，通 过环形分配器按一定的顺序加到电动机的动机驱动系统
环形分配器、功率放大器以及其他控制线路的组合 共同组成步进电机的驱动电源，即驱动装置。
步进电机驱动装置的基本功能
按一定顺序及频率接通和断开步进电动机的 励磁绕组，按要求使电动机启动、运转和停 止。 提供足够的电功率，实现机电能量的转换。 提高步进电机运行的快速性和平稳性。
电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距角90度。 单三拍，双三拍，三相六拍
电动机的分类及用途
电动机的分类及用途电动机的分类及用途如下：1、控制电机控制电机主要是应用在精确的转速、位置控制上，在控制系统中作为“执行机构”。
可分成伺服电机、步进电机、力矩电机、开关磁阻电机、直流无刷电机等几类。
2、伺服电机伺服电机广泛应用于各种控制系统中，能将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出量，拖动被控制元件，从而达到控制目的。
一般地，伺服电机要求电机的转速要受所加电压信号的控制;转速能够随着所加电压信号的变化而连续变化;转矩能通过控制器输出的电流进行控制;电机的反映要快、体积要小、控制功率要小。
伺服电机主要应用在各种运动控制系统中，尤其是随动系统。
伺服电机有直流和交流之分，最早的伺服电机是一般的直流电机，在控制精度不高的情况下，才采用一般的直流电机做伺服电机。
当前随着永磁同步电机技术的飞速发展，绝大部分的伺服电机是指交流永磁同步伺服电机或者直流无刷电机。
3、步进电机所谓步进电机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构;更通俗一点讲：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。
我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的;同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
目前，比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。
但步进电机在控制精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环控制的直流伺服电机;所以主要应用在精度要求不是特别高的场合。
由于步进电机具有结构简单、可靠性高和成本低的特点，所以步进电机广泛应用在生产实践的各个领域;尤其是在数控机床制造领域，由于步进电机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以一直被认为是最理想的数控机床执行元件。
执行元件的分类及控制用电机的驱动
BC
3 1 1 0 06H
C
4 1 0 0 04H
CA
5 1 0 1 05H
正
A
6 0 0 1 01H
通过读取数据的顺序可控制电动机的转向；
通过控制脉冲的频率可控制电动机的转速。
76
电源
A相驱动
CNC A 装置 B
C
B相驱动 M
C相驱动
软件环分驱动控制
对于三相六拍环形分配器，每当接收到一个进 给脉冲指令，环形分配器软件根据下表所示真值表， 按顺序及方向控制输出接口将A、B、C的值输出即 可。
21
一、步进电机的特点与种类 1、特点
1）步进电机的工作状态不易受各种干 扰因素的影响； 2）步进电机的步距角有误差，但不会 长期累积； 3）控制系统简单
22
2、步进电机的种类
（1）按运动方式分
➢ 旋转式步进电机 ➢ 直线式步进电机
23
（2）按励磁相数分 三相步进电机 四相步进电机 五相步进电机 六相步进电机
Tj max
54
3、动态特性 系统的动态特性包括：
• 动态稳定区 • 起动转矩 • 矩-频特性 • 最高连续运行频率 • 空载起动频率 • 惯-频特性等
55
1）动态稳定区
AB C
2 3
e
裕量角
步进电动机从A相通电状态切 换到B相通电状态时，不致引起丢 步的区域称为动态稳定区。
56
步进电动机在通电相数越多
9
伺服电动机控制方式有： 开环控制方式 闭环控制方式 半闭环控制方式
10
开环控制
指 令
运 算 处
驱 动
输理 电
入电 路
路
执行机构
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1、三相单三拍
“三相”指三相步进电机；“单” 指每次只能一相绕组通电；“三拍” 指通电三次完成一个通电循环。
A
B' 1 C'
42
C 3B A'
A相绕组通电，B、C相 不通电。气隙产生以A-A为 轴线的磁场，而磁力线总是 力图从磁阻最小的路径通过， 故电动机转子受到一个反应 转矩，在此转矩的作用下， 转子必然转到左图所示位置： 1、3齿与A、A′极对齐。
开环控制
执行机构
指
运 算
驱
令处 动
步进
输理 电
入
电 路
路
电动机
滚珠丝杠
半闭环控制
指
运 算
令处
输理
入
电 路
执行机构
驱
动
伺服
电
电动机
路
滚珠丝杠
（速度反馈） 速度传感器
（位置反馈）
位置检测传感器
闭环控制
运
光栅
指算
驱
令处 动
伺服
输理
入
电 路
电
电动机
路
（速度反馈） 速度传感器
（位置反馈）
一、机电一体化系统对控制用电机的基本要求
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、
4齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时， 转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线
对齐。
按AB C A ……的顺序给 三相绕组轮流通电，转子便一步一步转 动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个 通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了 360°而转子转过90°(一个齿距角)。
执 液压式 行
油缸 液压马达
步进电机 其它电动机
元
件 气动式
气缸
双金属片
气压马达
形状记忆合金
其它
与材料有关
压电元件
执行元件的优缺点
种 类
优点
缺点
操作简便；编程容易；能
电 气 式
实现定位伺服；响应快； 易与CPU相接；体积小，
动力较大，无污染。
瞬时输出功率大；过载 差；易受外部噪声影响。
液 压
输出功率大，速度快，动 设备难于小型化，液压 作平稳，可实现定位伺服； 源或压力油要求严格，
机电一体化系统所用的执行元件主
要是电气式，其次是液压式和气压式。
3.2 机电一体化系统常用的控制用电机
机电一体化系统中的控制用电机： 是指能提供正确运动或较复杂
动作的伺服电动机。
各种类型控制用电机
伺服电机在数控机床上的应用
带制动器伺服电机
刀库刀具定位电机
主轴电机
机械手旋转定位电机
伺服电机
伺服电动机控制方式有： 开环控制方式 闭环控制方式 半闭环控制方式
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
B 相通电：
转子2、4齿与B、B´
对齐,又转过15。
B、C相同时通电：
C' 、C 磁极拉住1、 3齿，B、B' 磁极拉
住2、4齿，转子再 转过15。
三相反应式步进电动机的一个
通电循环周期如下：AAB B BC C CA，每个循环周期分 为六拍。每拍转子转过15（步距 角），一个通电循环周期(6拍)转子 转过90 (齿距角)。
第三章
机电一体化系统执行元件 的选择与设计
目录
3.1 执行元件 3.2 机电一体化系统（产品）常用的控制用电机 3.3 步进电动机及其驱动 3.4 直流（DC）伺服电动机及其驱动 3.5 交流（AC）伺服电动机及其驱动
3.1 执行元件
一、执行元件的种类及其特点
电磁式
电动机 电磁阀及其它
交流（AC）伺服电动机 直流（DC）伺服电动机
三相反应式步进电动机断面图
特点： 步矩角小 响应速度快 结构简单 效率低 噪声大
永磁（PM）型 转子采用永久磁铁
绕组
定子
转子
特点：
无励磁时具有保持力，可作定位驱 动；
励磁功率小、效率高、造价便宜； 步距角较大；
混合（HB）型
特点：
步距角小 响应频率高 励磁功率小 效率高
性能指标；反之，其主要性能指标
是高比功率。
2、快速性好
3、位置控制精度高、调速范围 宽、低速运行平稳无爬行现象、 分辨率高、振动噪声小；
4、适应启、停频繁的工作要求； 5、可靠性高、寿命长
二、控制用电机的种类
力矩电动机 开环控制 脉冲电动机
变频调速电动机 速度控制 闭环控制 开关磁阻电动机
各种AC/DC伺服电动机
2、步进电机的种类
（1）按运动方式分
旋转式步进电机 直线式步进电机
（2）按励磁相数分 三相步进电机 四相步进电机 五相步进电机 六相步进电机
（3）按转子的结构分 可变磁阻（VR）型 永磁（PM）型 混合（HB）型
可变磁阻型（VR） 又称为反应式步进电动机；
二、步进电机工作原理
下面以反应式步进电机为例说明步 进电机的结构和工作原理。
IA A
定子
转子
IC
IB B
C
由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，
因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻
转矩，使转子转动。
IA A
定子
转子
IC
IB B
C
现以A→B → C → A的通电顺序，使三相绕组
轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。
1、性能密度大
即功率密度和比功率大
功 率 密 度PG
P G
比功率
dp dt
TN
TN2 Jm
其中：TN 电动机的额定转矩
J m 电动机转子的转动惯量
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在额定输出功率相同的条件下：
交流伺服电动机
高
直流伺服电动机
比功率
步进电动机
低
对于起停频率低，但要求低速
平稳的产品，其功率密度是主要的
式 易与CPU相接，响应快 易泄漏且有污染。
气源方便，成本低，无泄
气 压 式
漏污染，速度快、操作比 较简单
功率小，体积大，动作 不够平稳；不易小型化， 远距离传输困难，工作 噪声大，难于伺服
二、机电一体化系统对执行元件的基本要求
1、惯量小、动力大
比功率 P T 2 J
2、体积小，重量轻
3、便于维修、安装 4、易于微机控制
控制用电机按工作原理可分为
旋转磁场型
同步电机 步进电机
旋转电枢型
直流伺服电机 感应电机
交流伺服 电动机
3.3 步进电机及其驱动
步进电机是将电脉冲信号转换成 机械角位移 的执行元件。
一、步进电机的特点与种类
1、特点 1）步进电机的工作状态不易受各种干 扰因素的影响； 2）步进电机的步距角有误差，但不会 长期累积； 3）控制系统简单
2、三相六拍
按AAB B BC C CA的顺序给三相绕组轮流通电。 这种方式可以获得更精确的控制 特性。
A
B' 1 C'
42
C 3B A'
A
B'
C'
C
B
A'
A相通电：
转子1、3齿与A、A'
对齐。
A、B相同时通电：
A、A' 磁极拉住1、3齿， B、B' 磁极拉住2、4齿，
转子转过15，到达左图 所示位置。