执行元件与驱动系统

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1、华北电力大学Monday,February 13,2023机电一体化系统设计机电一体化系统设计 本章教学目标及要求本章教学目标及要求执行元件的作用、分类、特点及机电一体化执行元件的作用、分类、特点及机电一体化系统对其要求；系统对其要求；步进电机的特点与种类、工作原理步进电机的特点与种类、工作原理；步进电机的性能指标及运行特性、驱动与控步进电机的性能指标及运行特性、驱动与控制制；直流伺服电动机的原理及其驱动；直流伺服电动机的原理及其驱动；交流伺服电动机的原理及其驱动。交流伺服电动机的原理及其驱动。第第3 3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统 3.1 执行元件的种类、执行元件的种类、特点及

2、基本要求特点及基本要求n执行元件是机电一体化系统执行元件是机电一体化系统(或产品或产品)必不可少的必不可少的驱动部件，如数控机床的主轴转动、工作台的进驱动部件，如数控机床的主轴转动、工作台的进给运动以及工业机器人手臂的升降、回转和伸缩给运动以及工业机器人手臂的升降、回转和伸缩运动等所用驱动部件即执行元件。运动等所用驱动部件即执行元件。n 执行元件处于机电一体化系统的执行元件处于机电一体化系统的机械运行机构与机械运行机构与微电子控制装置的接点（联接）部位的能量转换微电子控制装置的接点（联接）部位的能量转换元件元件。它能在微电子装置的控制下，将输入的各。它能在微电子装置的控制下，将输入的各种形式的

3、能量转换为种形式的能量转换为机械能机械能，例如电动机、电磁，例如电动机、电磁铁、继电器、液动机、油（气缸）、内燃机等分铁、继电器、液动机、油（气缸）、内燃机等分别把输入的电能、液压能、气压能和化学能转换别把输入的电能、液压能、气压能和化学能转换为机械能。由于大多数执行元件已作为系列化商为机械能。由于大多数执行元件已作为系列化商品生产，故在品生产，故在设计机电一体化系统时，可作为标设计机电一体化系统时，可作为标准件选用、外购准件选用、外购。一、执行元件的作用 n1.作用：执行元件主要用来根据控制信息和指令，根据控制信息和指令，将来自电、液压、气压等各种能源的能量转换成将来自电、液压、气压等各种能

4、源的能量转换成旋转运动、直线运动等方式旋转运动、直线运动等方式机械能机械能，并完成要求，并完成要求动作的动作的能量转换装置能量转换装置，它在机电一体化系统中所处的位置参见下图。二、执行元件的种类及特点二、执行元件的种类及特点 根据根据使用能量的不同使用能量的不同，可以将执行元件分为，可以将执行元件分为电气式、电气式、液压式液压式和和气压式气压式等几种类型。等几种类型。(1)电气电气(磁磁)式式：是将电能变成电磁力，并用该电磁力驱动：是将电能变成电磁力，并用该电磁力驱动运行机构运动的。电动执行装置由于能源容易获得，使用运行机构运动的。电动执行装置由于能源容易获得，使用方便，所以得到了广泛的应用。

5、方便，所以得到了广泛的应用。(2)液压式液压式：是先将电能变换为液压能并用电磁阀改变压：是先将电能变换为液压能并用电磁阀改变压力油的压力和流向，从而使液压执行元件驱动运行机构运力油的压力和流向，从而使液压执行元件驱动运行机构运动，包括液压油缸、液压马达等。具有体积小、输出功率动，包括液压油缸、液压马达等。具有体积小、输出功率大等特点。大等特点。(3)气压式气压式：与液压式的原理相同，只是将介质由油改为：与液压式的原理相同，只是将介质由油改为气体，包括气缸和气动马达。特点是重量轻、价格便宜。气体，包括气缸和气动马达。特点是重量轻、价格便宜。(4)其它执行元件其它执行元件：与使用材料有关，如使用双

6、金属片、：与使用材料有关，如使用双金属片、形状记忆合金或压电元件形状记忆合金或压电元件。执行元件的种类执行元件的种类三、对执行元件的基本要求（1）惯量小，动力大。惯量小，动力大。表征执行元件惯量的性能指标：表征执行元件惯量的性能指标：m(直线运动）、转动惯量直线运动）、转动惯量J（回转运动）（回转运动）表征输出动力的性能指标：推力表征输出动力的性能指标：推力F、转矩、转矩T、功率、功率P对直线运动：对直线运动：a=F/m；对回转运动：；对回转运动：P=T，=T/J。即加速。即加速度度a与角加速度与角加速度表征了执行元件的加速性能。表征了执行元件的加速性能。比功率比功率：表征动力大小的综合指标表

7、征动力大小的综合指标，包含功率、加速性能与，包含功率、加速性能与转速三种因素，即比功率转速三种因素，即比功率P/=T2/J（2）体积小，重量轻体积小，重量轻:用功率密度或比功率密度来评价用功率密度或比功率密度来评价 功率密度功率密度P/G；比功率密度；比功率密度(T2/J)/G，其中其中G为执行元为执行元件重量。件重量。（3）安装方便、便于维修维护。安装方便、便于维修维护。最好不要维修，无刷DC及AC伺服电机走向无维修（4）易于实现自动化控制易于实现自动化控制：主流是电气式主流是电气式。其次是液压式和气。其次是液压式和气压式压式(在驱动接口中需要增加电在驱动接口中需要增加电-液或电液或电-气变

8、换环节气变换环节)。内燃。内燃机定位运动的微机控制较难，故通常仅被用于交通运输机械。机定位运动的微机控制较难，故通常仅被用于交通运输机械。3.2 3.2 步进电动机的驱动控制步进电动机的驱动控制一、步进电动机的特点与种类一、步进电动机的特点与种类 1.1.步进电动机的特点步进电动机的特点n 步进电动机又称步进电动机又称脉冲电动机脉冲电动机。它是将。它是将电脉冲信号电脉冲信号转转换成换成机械角位移机械角位移的执行元件。的执行元件。n输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步距角。受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步

9、距角。转转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。n只要只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向通电相序即可获得所需的转角、转速及转向，很容，很容易用微机实现数字控制。易用微机实现数字控制。一、步进电动机的特点与种类一、步进电动机的特点与种类n步进电动机具有以下特点：步进电动机具有以下特点：步进电动机的步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素的影响工作状态不易受各种干扰因素的影响(如电如电源电压的波

10、动、电流的大小与波形的变化、温度等源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等)的影响，的影响，只要在它们的大小未引起步进电动机产生只要在它们的大小未引起步进电动机产生“丢步丢步”现象之前，现象之前，就不影响其正常工作；就不影响其正常工作；步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为但转子转过一转以后，其累积误差变为“零零”，因此不会长期积累因此不会长期积累；控制性能好控制性能好,在起动、停止、反转时不易在起动、停止、反转时不易“丢步丢步”。不需要传感器进行反馈，可以进行开环控

11、制；不需要传感器进行反馈，可以进行开环控制；缺点是能量效率较低。缺点是能量效率较低。因此，步进电动机被广泛应用于因此，步进电动机被广泛应用于开环开环控制的机电一体化控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。步进电动机与步进电动机与DC和和AC伺服电动机相比其转矩、伺服电动机相比其转矩、效率、精度、高速性比较差，但步进电动机效率、精度、高速性比较差，但步进电动机具有具有低速时转矩大、速度控制比较简单、外低速时转矩大、速度控制比较简单、外形尺寸小等优点形尺寸小等优点，所以在办公室自动化方面，所以在办公室自动化方面的打印机、绘图机、复

12、印机等机电一体化产的打印机、绘图机、复印机等机电一体化产品中得到广泛使用，在工厂自动化方面也可品中得到广泛使用，在工厂自动化方面也可代替低档的代替低档的DC伺服电动机。伺服电动机。一、步进电动机的特点与种类一、步进电动机的特点与种类2 2、开环步进伺服系统的工作原理、开环步进伺服系统的工作原理 组成组成:步进电机步进电机 驱动电路驱动电路l驱动速度：驱动速度：进给脉冲的频率代表了驱动速度；进给脉冲的频率代表了驱动速度；l位移量：位移量：脉冲的数量代表了位移量；脉冲的数量代表了位移量；l运动方向运动方向：步进电机的各相通电顺序来决定：步进电机的各相通电顺序来决定；注意：注意：由于开环步进式伺服系

13、统系统没有反馈检测环由于开环步进式伺服系统系统没有反馈检测环节，其节，其精度主要由步进电机来决定精度主要由步进电机来决定，速度也受到步，速度也受到步进电机性能的限制进电机性能的限制.2、开环步进伺服系统的工作原理、开环步进伺服系统的工作原理 步进电机接受驱动电路控制，将进给脉冲序列转换步进电机接受驱动电路控制，将进给脉冲序列转换成为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并成为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动通过齿轮和丝杠带动工作台移动.3.3.步进电动机的种类步进电动机的种类(1)(1)按转矩产生原理分按转矩产生原理分n 可变磁阻可变磁阻(VR-Vari

14、able Reluctance),也叫也叫反应式步进电动机反应式步进电动机n永磁永磁(PM-Permanent Magnet)型型n混合混合(HB-Hybrid)型型(2)(2)按输出力矩大小分按输出力矩大小分 伺服式伺服式：输出力矩小于：输出力矩小于1(1(Nm)只能驱动较只能驱动较小的负载小的负载,与液压扭矩放大器配合驱动较大的负载与液压扭矩放大器配合驱动较大的负载.功率式：功率式：输出力矩在输出力矩在5 550N50Nm m以上，可以以上，可以直接驱动机床工作台等较大的负载直接驱动机床工作台等较大的负载.(3)(3)按定子数分按定子数分 单定子式；单定子式；双定子式；双定子式；三定子式；

15、三定子式；多定子式多定子式.(4)(4)按各相绕组分布分按各相绕组分布分 径向分相式：电机各相按圆周依次排列径向分相式：电机各相按圆周依次排列;轴向分相式：电机各相按轴向依次排列；轴向分相式：电机各相按轴向依次排列；(5)(5)按相数分按相数分 三相；三相；四相；四相；五相；五相；六相六相.3.步进电动机的种类步进电动机的种类3.步进电动机的种类步进电动机的种类 1 1）可变磁阻）可变磁阻(VR-Variable Reluctance)(VR-Variable Reluctance)型型n该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称反应反应式步进电动机式步进

16、电动机。其结构原理如图所示。其定子1与转子2由铁心构成，没有永久磁铁，定子上嵌有线圈，转子朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁型可变磁型。n 此类电动机的转子结构简单、转子直径小，有利于高速响应。由于VR型步进电动机的铁心无极性，故不需改变电流极性，多为单极性励磁。2)2)永磁永磁(PM-Permanent Magnet)(PM-Permanent Magnet)型型nPM型步进电动机的转子2采用永久磁铁、定子1采用软磁钢制成，绕组3轮流通电，建立的磁场与永久磁铁的恒定磁场相互吸引与排斥产生转矩。其结构如图所示。n这种电动机由于采用了永久磁铁，即使定子绕组即使定子绕组断电也能保

17、持一定转矩，故具有记忆能力，可用断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用做定位驱动做定位驱动。nPM型电动机的特点特点是励磁功率小、效率高、造价低，因此需要量也大。由于转子磁铁的磁化间距受到限制，难于制造，故步距角较大。与VR型相比转矩大，但转子惯量也较大。3)3)混合混合(HB-Hybrid)(HB-Hybrid)型型n该型步进电机不仅具有VR型步进电动机步距角小、响应频率高的优点，而且还具有PM型步进电动机励磁功率小、效率高的优点。它的定子与VR型没有多大差别，只是在相数和绕组接线方面有其特只是在相数和绕组接线方面有其特殊的地方殊的地方，例如，VR型一般都做成集中绕组的形式，每极上放有一

18、套绕组，相对的两极为一相，而HB型步进电动机的定子绕组大多数为四相，而型步进电动机的定子绕组大多数为四相，而且每极同时绕两相绕组或采用桥式电路绕一相绕且每极同时绕两相绕组或采用桥式电路绕一相绕组，按正反脉冲供电组，按正反脉冲供电。nHB型的电动机由转子铁心的凸极数和定子的副凸转子铁心的凸极数和定子的副凸极数决定步距角的大小极数决定步距角的大小，可制造出步距角较小(0.93.6)的电动机。永久磁铁也可磁化轴向的两极，可使用轴向各向异性磁铁制成高效电动机。常见步进电机外形构造 二、二、(反应式反应式)步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理步进电机的内部构造步进电机的内部构造.步进电机驱动器步进电

19、机驱动器 主要有以下主要有以下2 2部分部分:定子定子:铁心；铁心；绕组绕组.转子转子.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理下图是一典型的径向三相反应式旋转步进电机结构原理图下图是一典型的径向三相反应式旋转步进电机结构原理图.定子定子:定子上有定子上有6 6个均匀分个均匀分布的磁极；布的磁极；每个磁极上绕有励磁每个磁极上绕有励磁绕组绕组.两相对的磁极上的绕两相对的磁极上的绕组串联在一起，构成组串联在一起，构成一相控制绕组一相控制绕组.形成形成三对磁极三对磁极.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理步进电机可构步进电机可构成成A A、B B、C C三相三相控制绕组控制绕组.

20、定子的每个磁定子的每个磁极正对转子的极正对转子的圆弧面上都均圆弧面上都均匀分布着匀分布着5 5个小个小齿，齿与槽的齿，齿与槽的宽度相等宽度相等.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理 转子转子:转子上无绕组，转子上无绕组，只有均匀分布只有均匀分布的的4040个小齿，个小齿，大小、间距与大小、间距与定子相同，齿定子相同，齿间夹角为间夹角为9 9.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理三相定子磁极上的小齿在空间位置上与转子依次错三相定子磁极上的小齿在空间位置上与转子依次错开开1/31/3个齿距，请看上图个齿距，请看上图.当当A A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，相磁极上的小

21、齿与转子上的小齿对齐时，B B相磁相磁极上的小齿刚好超前极上的小齿刚好超前(或滞后或滞后)1/3)1/3齿齿.即即3 3.C C相磁极上的小齿超前相磁极上的小齿超前(或滞后或滞后)2/3)2/3个齿，即个齿，即6 6.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理注意注意:转子上圆周均匀分布着转子上圆周均匀分布着 40个小齿个小齿;定子磁极上的小齿相对定子磁极上的小齿相对 转子小齿在空间位置上转子小齿在空间位置上 依次错开依次错开1/31/3个齿距个齿距，(1)(1)步进电机的通电方式步进电机的通电方式 通电方法：通电方法：各相轮流通电各相轮流通电.当某一相通电时当某一相通电时,其它相必须断

22、电其它相必须断电.定子有定子有3 3种通电方式种通电方式:每种通电方式都能变每种通电方式都能变换轮回方向换轮回方向.3 3种通电方式如下种通电方式如下:单相轮流通电单相轮流通电;双相轮流通电双相轮流通电;单、双相轮流通电单、双相轮流通电.单相轮流通电单相轮流通电(三相单三拍三相单三拍)顺时针轮回顺时针轮回 ABCA ABCA 逆时针轮回逆时针轮回 ACBA ACBA 完成一次通电状态循环完成一次通电状态循环,转子走转子走3 3步步,称三拍称三拍.故对故对三相步进电机来说，称此通电方式为三相单三拍三相步进电机来说，称此通电方式为三相单三拍.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理 双相轮

23、流通电双相轮流通电(三相双三拍三相双三拍)顺时针轮回顺时针轮回 ABBCCAAB ABBCCAAB 逆时针轮回逆时针轮回 BAACCBBA BAACCBBA 完成一次通电状态循环，转子仍走完成一次通电状态循环，转子仍走3 3步，也称三拍，步，也称三拍，但此时有两相通电但此时有两相通电.故对三相步进电机来说，称此故对三相步进电机来说，称此通电方式为通电方式为三相双三拍三相双三拍.单、双相轮流通电单、双相轮流通电(三相六拍三相六拍)顺时针轮回顺时针轮回 AABBBCCCAA AABBBCCCAA 逆时针轮回逆时针轮回 AACCCBBBAA AACCCBBBAA 完成一次通电状态循环，转子需走完成一

24、次通电状态循环，转子需走6 6步，称六拍步，称六拍.故对三相步进电机来说，称此通电方式为三相六拍故对三相步进电机来说，称此通电方式为三相六拍.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理 步进电机的工作原步进电机的工作原理实际上是理实际上是电磁铁的电磁铁的作用原理作用原理.首先首先,让我们来看让我们来看一下一个最简单的步一下一个最简单的步进电机进电机,也就是只有也就是只有4 4个齿的步进电机个齿的步进电机.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理 二、步进电机的工作原理二、步进电机的工作原理 三相单三拍三相单三拍 顺时针转顺时针转:按顺序按顺序 ABCA ABCA通电，由于在磁场作

25、用下通电，由于在磁场作用下,转子总是力图旋转到磁阻转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情最小的位置，故在这种情况下况下,转子必然转到图所转子必然转到图所示位示位,1,1、3 3齿与齿与A A、AA极极对齐对齐.CABBCA3412 同理同理,B,B相通电时相通电时,转子会转过转子会转过3030 角，角，2 2、4 4齿与齿与B B、B B磁极轴线对齐；当磁极轴线对齐；当C C相通电时，转子再转过相通电时，转子再转过3030 角，角，1 1、3 3齿和齿和C C、C C磁极轴线对齐磁极轴线对齐.按按A AB B C C A A 的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步

26、按电，转子便一步一步按顺顺时针转动时针转动起来起来.每一拍转过每一拍转过 30 30(步距角步距角)，每个通电，每个通电循环周期循环周期(3(3拍拍)转过转过9090 (一个齿距角一个齿距角).).这种工作方式下这种工作方式下,三个绕组轮流通电一次为一个循三个绕组轮流通电一次为一个循环周期环周期,一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式三相单三拍工作方式.逆时针转逆时针转:按按ACBAACBA顺顺序通电序通电,首先首先给给A A相相通电通电,由于在磁场作由于在磁场作用下用下,转子必然转转子必然转到右图所示位到右图所示位,1,1、3 3齿与齿

27、与A A、AA极对齐极对齐.CABBCA3412二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理 同理同理,C C相通电时相通电时,转子会转过转子会转过3030 角，角，2 2 ,4,4 齿与齿与C C、C C磁极轴线对齐；磁极轴线对齐；当当B B相通电时相通电时，转子再转过，转子再转过3030 角，角，1 1、3 3齿齿和和B B、B B磁极轴线对齐磁极轴线对齐.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理 按按A AC CB BA A 的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步电，转子便一步一步逆时逆时针转动针转动起来起来.与与顺时针转动顺时针转动相似相似每一拍转过

28、每一拍转过3030(步距步距角角)，每个通电循环周期，每个通电循环周期(3(3拍拍)转过转过9090(一个齿距角一个齿距角).).二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理 结论结论(三相单三拍三相单三拍):三相反应式步进电动机以运行时三相反应式步进电动机以运行时,每每 个循环周期分为个循环周期分为3 3拍拍.每拍转子转过每拍转子转过3030（步距角）（步距角）,一个通电循环周期一个通电循环周期 (3 (3拍拍)转子转过转子转过9090 (齿距角齿距角).).注意注意:运行不稳定运行不稳定,易失步易失步(切换瞬间切换瞬间,各相都断电而没各相都断电而没 有自锁转矩有自锁转矩)精度低精度低.

29、与单三拍相比与单三拍相比,六拍驱动方式的步进角大六拍驱动方式的步进角大.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理 按按A AABABB BBCBCC CCACA的顺的顺序给三相绕组轮流通电序给三相绕组轮流通电.这种方式这种方式可以获得更精确的控制特性可以获得更精确的控制特性.A A相通电相通电,转子转子1 1、3 3齿与齿与A A、A A对齐对齐.A A、B B相同时通电相同时通电,A A、A A 磁极拉住磁极拉住1 1、3 3齿，齿，B B、B B 磁极拉住磁极拉住2 2、4 4齿，转齿，转子转过子转过1515，到达右图所示位置到达右图所示位置.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机

30、的工作原理 B B 相通电，相通电，转子转子2 2、4 4齿齿与与B B、B B 对齐对齐,又转过又转过1515.B B、C C相同时通电，相同时通电，C C 、C C 磁极拉住磁极拉住1 1、3 3齿，齿，B B、B B 磁极拉住磁极拉住2 2、4 4齿，转子再齿，转子再转过转过1515.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理结论结论(三相六拍三相六拍):):三相反应式步进电动机以三相六拍运行时三相反应式步进电动机以三相六拍运行时,每个每个 循环周期分为六拍循环周期分为六拍.每拍转子转过每拍转子转过1515（步距角）（步距角）,一个通电循环周期一个通电循环周期(6(6拍拍)转子转过

31、转子转过9090 (齿距角齿距角).).注意注意:精度高精度高.六拍驱动方式的步进角更小六拍驱动方式的步进角更小,更适用于更适用于 需要精确定位的控制系统中需要精确定位的控制系统中.运行稳定运行稳定,不易失步不易失步(切换时切换时,总有一相保持通电总有一相保持通电).).二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理三相双三拍三相双三拍 按按AB AB BC BC CACA的顺序给三相绕组轮流通电的顺序给三相绕组轮流通电.每拍有两相绕组同时通电每拍有两相绕组同时通电.原理不在赘述原理不在赘述.结论结论:与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循循 环周期也

32、分为三拍环周期也分为三拍.每拍转子转过每拍转子转过3030 (步距角步距角),),一个通电循环周期一个通电循环周期(3(3拍拍)转子转过转子转过9090(齿距角齿距角)优点优点:两相同时通电两相同时通电,力矩大力矩大;切换时切换时 两相同时通电两相同时通电,运行平稳运行平稳,不易失步不易失步.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理实际实际步进电机的工作原理步进电机的工作原理 我们在前面介绍了我们在前面介绍了转子上有转子上有4040个齿的步进个齿的步进电机的结构电机的结构.由于其结构由于其结构比较复杂比较复杂,为分析方便为分析方便,我们将转子和定子沿圆我们将转子和定子沿圆周方向展开周方

33、向展开,可以得到下可以得到下图图.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理l当当A A相绕组通电相绕组通电时，转子的齿与定子时，转子的齿与定子A A上的齿对齐；上的齿对齐；l当当A A相断电，相断电，B B相绕组通电相绕组通电时，转子的齿与定子时，转子的齿与定子B B上上的齿对齐，电机转过的齿对齐，电机转过3 3.l当定子绕组按当定子绕组按A A B B C C A A顺序轮流通电时顺序轮流通电时,三对三对磁极就依次产生磁场，步进电机就不停的转动磁极就依次产生磁场，步进电机就不停的转动.l若通电顺序改为若通电顺序改为A A C C B B A A步进电机将沿相反方步进电机将沿相反方向转

34、动向转动.结论结论:对于转子上有对于转子上有4040个小齿的三相电机个小齿的三相电机 三相双三拍三相双三拍:定子通电状态改变一次转子转过定子通电状态改变一次转子转过3 3.三相六拍三相六拍:定子通电状态改变一次转子转过定子通电状态改变一次转子转过1.51.5.二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理(3)(3)工作原理小结工作原理小结 步进电机每次转过一个确定的角度步进电机每次转过一个确定的角度,即步距角即步距角；式中：式中：m m为为相数相数,k,k为为通电方式系数通电方式系数。m m相相m m拍时拍时(如单相或如单相或双相励磁时，双相励磁时，k=1k=1；m m相相2m2m拍时拍时

35、(如单双相励磁时如单双相励磁时)，k=2k=2；z z为为转子齿数转子齿数.通过改变通电顺序来改变旋转方向；通过改变通电顺序来改变旋转方向；通电状态的变化频率越高，转速就越高通电状态的变化频率越高，转速就越高.)/(3600mzk二、步进电动机的工作原理二、步进电动机的工作原理第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统 步进电动机的通电方式步进电动机的通电方式如果步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍一拍，每拍中只有一相绕组通电，其余绕组断电，则这种通电方式称为单相通电方式。三相步进电动机的单相通电方式称为三相单三拍通电方式三相单三拍通电方式。如果步进电动机通电循环的每拍中都有两相绕组

36、通电，则这种通电方式称为双相通电方式。三相步进电动机采用双相通电方式时，称为三相双三拍通电方式三相双三拍通电方式。如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态，则这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三相步进电动机采用单双相轮流通电方式时，每个通电循环中共有六拍，因而又称为三相六拍通电方式三相六拍通电方式。第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统334013360360Zkm第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统45.14023360360Zkm34013360360Zkm第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统

37、图6-14 不同通电方式时的矩频特性双三拍六拍单三拍0500100015000.10.20.3f/HzT/Nm 由于采用单相通电方式工作时，步进电动机的矩频特性矩频特性（输出转矩与输入脉冲频率的（输出转矩与输入脉冲频率的关系）关系）较差，在通电换相过程中，转子状态不稳定，容易失容易失步步，因而实际应用中较少采用。图6-14是某三相反应式步进电动机在不同通电方式下工作时的矩频特性曲线。显然，采用采用单双相轮流通电方式可使步进单双相轮流通电方式可使步进电动机在各种工作频率下都具电动机在各种工作频率下都具有较大的负载能力。有较大的负载能力。第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统通电方式不仅

38、影响步进电动机的矩频特性，对步距角也有影响。一个m相步进电动机，如其转子上有z个小齿，则其步距角可通过下式计算：(6-12)式中，k是通电方式系数。当采用单相或双相通电方式时，k1；当采用单双相轮流通电方式时，k2。可见，采用单双相轮流通电方式还可使步距角减小一半。步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角步进电机的步距角决定了系统的最小位移，步距角越小，位移的控制精度越高。越小，位移的控制精度越高。kmz360n步距角：步距角：在一个电脉冲作用下（即一拍），电机转子转过的角位移称为步距角。步距角越小，分辨力越高。最常见的步距角有：oo、oo、oo、1o/2o、o/3o等。n静态特性：静态特

39、性：步进电动机的静态特性是指它在稳定状态稳定状态时的特性，包括静转静转矩矩、矩角特性矩角特性及静态稳定区静态稳定区。三、步进电动机的运行特性及性能指标三、步进电动机的运行特性及性能指标 三、步进电动机的运行特性及性能指标三、步进电动机的运行特性及性能指标n在空载空载状态下，给步进电动机某相通以直流电流，转子齿的中心线与定子齿的中心线相重合，转子上没有转矩输出，此时的位置为转子初始稳定平衡位置。如果在电动机转子轴上加一负载转矩TL，则转子齿的中心线与定子齿的中心线将错过一个角度e才能重新稳定下来。此时转子上的电磁转距Tj与负载转矩TL相等。该Tj为静态转矩静态转矩，e为失调角失调角，当e=90o

40、，其静态转矩Tjmax为最大静转最大静转矩矩。静态转矩越大，自锁力矩越大，静态误差就越小。e定子转子n一般产品说明书中标示的最大静转矩就是指在额定电流下的Tjmax。Tj与e之间的关系大致为一条正弦曲线，该曲线被称做矩角特性曲线矩角特性曲线。n静当失调角e在-到的范围内，若去掉负载转子TL，转子仍能回到初始稳定平衡位置。因此，在-e的区域称为步进电动机的静态稳定区。静态稳定区。三、步进电动机的运行特性及性能指标三、步进电动机的运行特性及性能指标n 动态特性参数：主要指动态特性参数：主要指动态稳定区动态稳定区、启动转矩启动转矩、矩矩频特性频特性、惯频特性惯频特性等。等。n 动态稳定区：动态稳定区

41、：在步进电机从在步进电机从A A相转换为相转换为B B（或（或ABAB）相）相通电，不产生丢步时的稳定工作区域通电，不产生丢步时的稳定工作区域r。从图中可以。从图中可以得出，步进电机工作的拍数越多，稳定工作区域得出，步进电机工作的拍数越多，稳定工作区域r越越接近静态稳定工作区域接近静态稳定工作区域e，越不容易丢步。，越不容易丢步。1.1.起动转矩起动转矩TqTq：两相两相（A、B）矩角特性之交点矩角特性之交点Tq表表示步进电机单相励磁时所能带动的极限负载转矩，与示步进电机单相励磁时所能带动的极限负载转矩，与步进电机的相数和通电方式有关。步进电机的相数和通电方式有关。三、步进电动机的运行特性及性

42、能指标三、步进电动机的运行特性及性能指标(3)(3)空载起动频率及惯空载起动频率及惯-频特性频特性 空载起动频率空载起动频率：步进电机在空载情况下能够步进电机在空载情况下能够正常起动的脉冲频率正常起动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常起动，可能发生丢步或堵转。，电机不能正常起动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，起动频率应更低。如果在有负载的情况下，起动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速脉冲频率应该有加速过程，过程，即起动频率较低，然后按一定加速度升即起动频率较低，然后按一定加速度升到所需要的高频（电机转速从低速

43、升到高速）到所需要的高频（电机转速从低速升到高速）。否则，步进电机将无法起动，并常伴有啸叫。否则，步进电机将无法起动，并常伴有啸叫声。声。三、步进电动机的运行特性及性能指标三、步进电动机的运行特性及性能指标 惯惯-频特性频特性：指步进电动机带动：指步进电动机带动纯惯性负载纯惯性负载起动时，起动频率与转动惯量之间的关系。一起动时，起动频率与转动惯量之间的关系。一般讲，随着负载转动惯量的增加，起动频率也般讲，随着负载转动惯量的增加，起动频率也会降低。一般来讲，除了惯性负载，还有外负会降低。一般来讲，除了惯性负载，还有外负载转矩，则起动频率还会进一步降低。载转矩，则起动频率还会进一步降低。上图所示为

44、某步进电机起动时的惯上图所示为某步进电机起动时的惯-频特性频特性曲线，选用步进电动机时，曲线，选用步进电动机时，应使实际应用的起应使实际应用的起动频率与负载转动惯量所对应的运行工作点位动频率与负载转动惯量所对应的运行工作点位于惯于惯-频特性之下频特性之下，才能保证步进电动机不失，才能保证步进电动机不失步地正常起动。步地正常起动。三、步进电动机的运行特性及性能指标三、步进电动机的运行特性及性能指标 最高连续运行频率及矩最高连续运行频率及矩-频特性频特性 最高运行频率：最高运行频率：步进电动机在步进电动机在连续运连续运行行时所能接受的最高控制频率，用时所能接受的最高控制频率，用fmax表示。表示。

45、矩矩-频特性：频特性：电动机在连续运行状态下电动机在连续运行状态下，其电磁转矩随控制脉冲频率的升高，其电磁转矩随控制脉冲频率的升高而逐步下降，这种转矩与控制频率之而逐步下降，这种转矩与控制频率之间的变化关系称为间的变化关系称为矩矩-频特性频特性。在不同。在不同控制频率下，电动机所产生的转矩称控制频率下，电动机所产生的转矩称为为动态转矩动态转矩。由加减速特性曲线可以由加减速特性曲线可以看出：看出：启动时速度必须逐渐上升启动时速度必须逐渐上升;停止时速度必须逐渐下降停止时速度必须逐渐下降.上升和下降的时间不能过短，上升和下降的时间不能过短，否则会出现否则会出现失步失步和和超步超步现象现象.(4)(

46、4)加减速特性加减速特性f(t)f(t)f(t)f(t)描述描述步进电机由静止步进电机由静止工作频率工作频率静止的加减速过程中，静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率定子绕组通电状态的变化频率 f f 与时间与时间t t 的关系的关系.用加速时间常数用加速时间常数T Ta a和和T Td d来描述、衡量步进电机的升来描述、衡量步进电机的升速和降速特性速和降速特性.第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统四、步进电动机的驱动与控制四、步进电动机的驱动与控制步进电动机的运行特性与配套使用的驱动电源（驱动器）有密切关系。驱动电源由脉冲分配器、功率放大器脉冲分配器、功率放大器等组成，如

47、下图所示。驱动电源驱动电源是将变频信号源(微机或数控装置等)送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组，以驱动电动机转子正反向旋转。变频信号源变频信号源是可提供从几赫兹到几万赫兹的频率信号连续可调的脉冲信号发生器。因此，只要控制输入电脉冲的数量及频率就可精确控制步进电动机的转角及转速。第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统步进电动机的驱动电源组成步进电动机的驱动电源组成第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统正正向向反反向向加加减减送往送往第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统第第3章章 执行

48、元件与驱动系统执行元件与驱动系统（1 1）环形脉冲分配器环形脉冲分配器 步进电动机在一个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因此只要控制一定的脉冲数，即可精确控制步进电动机转过的相应的角度。但步进电动机的各绕组必须按一定的顺序通电才但步进电动机的各绕组必须按一定的顺序通电才能正确工作，能正确工作，使电动机绕组的通断电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的过程称为环形脉冲分配环形脉冲分配。实现环形分配的方法有三种：一种是计算机软件分配（软环分）计算机软件分配（软环分），采用查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满足速度和方向要求的环形分配脉冲信号。这种方法能充分利用计算机软件资源，减少硬件成本

49、，尤其是多相电动机的脉冲分配更能显示出这种分配方法的优点。但由于软件运行会占用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统软件脉冲分配软件脉冲分配 软件环形分配器的设计方法有很多，如查表法、比较法、移位寄存器法等，它们各有特点，其中常用的是查表法常用的是查表法。第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统第二种是第二种是采用小规模集成电路搭接而成的脉冲分配器采用小规模集成电路搭接而成的脉冲分配器。第三种是专用的第三种是专用的硬件环形分配硬件环形分配，采用数字电路搭建或采用数字电路搭建或专用的环形分配器件将连续

50、的脉冲信号经电路处理后专用的环形分配器件将连续的脉冲信号经电路处理后输出环形脉冲。输出环形脉冲。采用数字电路搭建的环形分配器通采用数字电路搭建的环形分配器通常由分立元件（如触发器、常由分立元件（如触发器、逻辑门等）构成，逻辑门等）构成，特点特点是体积大，是体积大，成本高，成本高，可靠性差。可靠性差。专用的环形分配器目前市面上有很多种，专用的环形分配器目前市面上有很多种，如如CMOS电电路路CH250即为三相步进电动机的专用环形分配器。即为三相步进电动机的专用环形分配器。第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统UDJ3LJ3rWVUR*RJ6rJ6LUsCPEN1615141312111

51、0912345678(a)方向CP100 k1 F21791016612 V111213R*RCPJ6LJ6rJ3rJ3LUs14 158WVUENUD(b)环形分配器CH250引脚图(a)引脚功能；(b)三相六拍线路图第第3章章 执行元件与驱动系统执行元件与驱动系统CH250工作状态工作状态功率放大电路的作用功率放大电路的作用功率放大电路将环形功率放大电路将环形分配器输出的脉冲信号放大，用足够的功率驱分配器输出的脉冲信号放大，用足够的功率驱动步进电机动步进电机.从环形分配器来的进给控制信号的从环形分配器来的进给控制信号的电流只电流只有几毫安，而步进电机的定子绕组需要几安培有几毫安，而步进电机

52、的定子绕组需要几安培电流电流.因此，需要对从环形分配器来的信号进行因此，需要对从环形分配器来的信号进行功率放大功率放大.每一相绕组需要一个功率放大器每一相绕组需要一个功率放大器.步进电动机所使用的功率放大电路有步进电动机所使用的功率放大电路有电压型和电压型和电流型电流型。电压型又有单电压型、双电压型。电压型又有单电压型、双电压型(高低压高低压型）。电流型中有恒流驱动、斩波驱动等。型）。电流型中有恒流驱动、斩波驱动等。（2）功率放大电路）功率放大电路（2 2）功率放大电路）功率放大电路n常见的步进电动机驱动电路有三种：常见的步进电动机驱动电路有三种：(1）单电源驱动电路（单电源驱动电路（单电压功

53、率放大器）单电压功率放大器）。这种电。这种电路采用单一电源供电，结构简单，成本低，但电流波形差，路采用单一电源供电，结构简单，成本低，但电流波形差，效率低，输出力矩小，主要用于对速度要求不高的小型步效率低，输出力矩小，主要用于对速度要求不高的小型步进电动机的驱动。进电动机的驱动。(2）双电源驱动电路（双电源驱动电路（高低电压功率放大器）高低电压功率放大器）。双电。双电源驱动电路又称高、低压驱动电路，采用高压和低压两个源驱动电路又称高、低压驱动电路，采用高压和低压两个电源供电。电源供电。(3）斩波限流驱动电路（斩波限流驱动电路（斩波恒流放大器）斩波恒流放大器）。这种。这种电路采用单一高压电源供电

54、，以加快电流上升速度，并通电路采用单一高压电源供电，以加快电流上升速度，并通过对绕组电流的检测，控制功放管的开和关，使电流在控过对绕组电流的检测，控制功放管的开和关，使电流在控制脉冲持续期间始终保持在规定值上下。这种电路功率大，制脉冲持续期间始终保持在规定值上下。这种电路功率大，功耗小，效率高，目前应用最广。功耗小，效率高，目前应用最广。（上述提到的步进电动机的各种功率放大电路都是采用环形分配器上述提到的步进电动机的各种功率放大电路都是采用环形分配器芯片进行环形分配，控制电动机各相绕组的导通或截止，从而使电芯片进行环形分配，控制电动机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动，动机产生步进

55、运动，步距角的大小只有两种，即整步工作或半步工步距角的大小只有两种，即整步工作或半步工作。步距角已由步进电动机结构所确定作。步距角已由步进电动机结构所确定。如果要求步进电动机有更小的步距角，更高的分辨率如果要求步进电动机有更小的步距角，更高的分辨率(即脉冲当即脉冲当量量)，或者为减小电动机振动、噪声等原因，可以在每次输入脉冲切，或者为减小电动机振动、噪声等原因，可以在每次输入脉冲切换时，换时，只改变相应绕组中额定的一部分只改变相应绕组中额定的一部分，则电动机的合成磁势也只，则电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分，转子的每步运行也只有步距角的一部分，绕旋转步距角的一部分，转子的每步运行也只有步

56、距角的一部分，绕组电流分成数个台阶，则转子就以同样的次数转过一个步距角，这组电流分成数个台阶，则转子就以同样的次数转过一个步距角，这种种将一个步距角细分成若干步的驱动力法，称为细分驱动。将一个步距角细分成若干步的驱动力法，称为细分驱动。细分驱动电路的特点：细分驱动电路的特点：不改变电动机结构参数的情况下，能使步距角减小，不改变电动机结构参数的情况下，能使步距角减小，但细分但细分后的齿距角精度不高，且驱动电源的结构也相应复杂。后的齿距角精度不高，且驱动电源的结构也相应复杂。使步进电动机运行平稳，提高均匀性，并能减弱或消除振荡。使步进电动机运行平稳，提高均匀性，并能减弱或消除振荡。（n 采用细分驱

57、动电路的目的：采用细分驱动电路的目的：整步运转或半步运整步运转或半步运转基础上，不改变步进电机结构，提高步进电机转基础上，不改变步进电机结构，提高步进电机的运转、控制精度的运转、控制精度。n 细分驱动电路的基本工作原理细分驱动电路的基本工作原理：对每一控制脉对每一控制脉冲，细分使其电流逐步增加达到脉冲的最大电流冲，细分使其电流逐步增加达到脉冲的最大电流（Imax），），又逐步减少达到脉冲的最小电流，从又逐步减少达到脉冲的最小电流，从而可实现高精度运转、控制、分辨，以及提高步而可实现高精度运转、控制、分辨，以及提高步进精度。进精度。目前实现细分阶梯波供电的方法有：目前实现细分阶梯波供电的方法有：

58、u先放大后叠加，如图先放大后叠加，如图a所示。所示。u先叠加后放大，如图先叠加后放大，如图b所示。所示。（4）步进电机的微机控制）步进电机的微机控制n 步进电动机的工作过程一般由控制器控制，控制器按照设步进电动机的工作过程一般由控制器控制，控制器按照设计者的要求完成一定的控制过程，使驱动电源按照要求的规计者的要求完成一定的控制过程，使驱动电源按照要求的规律驱动电动机运行。简单的控制过程可以用各种逻辑电路来律驱动电动机运行。简单的控制过程可以用各种逻辑电路来实现，但线路复杂，控制方案难以改变。目前，实现，但线路复杂，控制方案难以改变。目前，主要采用单主要采用单片机作为步进电动机的控制器进行控制，

59、很好地克服了硬件片机作为步进电动机的控制器进行控制，很好地克服了硬件逻辑线路控制器的缺点。逻辑线路控制器的缺点。）步进电动机的开环控制步进电动机的开环控制n串行控制 具有串行控制功能的单片机系统与步进电动机驱动电源之间具有较少的连线。这种系统中，驱动电源中必须含驱动电源中必须含有环形分配器有环形分配器，其功能框图如图所示 n并行控制并行控制 用微机系统的数条端口线用微机系统的数条端口线直接去控制直接去控制步进电动机各相步进电动机各相驱动电路的方法称为并行控制。在驱动电源内，也包含环驱动电路的方法称为并行控制。在驱动电源内，也包含环形分配器，其功能必须由微机系统完成。系统实现脉冲分形分配器，其功

60、能必须由微机系统完成。系统实现脉冲分配器的功能又有两种方法：配器的功能又有两种方法：v纯软件方法纯软件方法软、硬件相结方法软、硬件相结方法 并行控制方案的并行控制方案的功能框图如图所示功能框图如图所示（5）步进电动机速度控制步进电动机速度控制 控制步进电动机的运行速度，控制步进电动机的运行速度，实际上就是控实际上就是控制系统发出脉冲的频率或者换相的周期。制系统发出脉冲的频率或者换相的周期。系统系统可以用两种方法确定脉冲的周期（频率）可以用两种方法确定脉冲的周期（频率）：v软件延时软件延时v定时器定时器 软件延时软件延时的方法是通过调用延时子程序的的方法是通过调用延时子程序的方法实现的，它占用方

61、法实现的，它占用CPU时间。时间。定时器定时器方法是通过设置定时时间常数的方方法是通过设置定时时间常数的方法来实现。法来实现。（6）步进电动机的加减速控制）步进电动机的加减速控制 在点位控制过程中，运行速度需要有一个在点位控制过程中，运行速度需要有一个“加速恒速加速恒速减速低恒速停止减速低恒速停止”的加减速过程。点位控制的加减的加减速过程。点位控制的加减速过程如图所示。速过程如图所示。点-位控制的加减速过程五、步进电机参数设计五、步进电机参数设计（补充）（补充）iM驱动器驱动器指令脉冲指令脉冲Z1Z2ip360maxmaxfv350maxmaxvfdtdJMipFipFipFJJTTTTTdm

62、Ffm2)122)(2(00max0281mdJ ldm242)(2pMJ 22)2(12pJJiJMsz22)2(121pJJiJJJMszzmd2)(vMJ 2RMJ 3.3 3.3 直流直流（DCDC）与交流与交流（ACAC）伺服电动机及驱动伺服电动机及驱动n直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速范围内平滑调速，在许多需要调速和快速正反向的电力拖动电力拖动领域中得到了广泛的应用。(一一).直流伺服电动机原理、特点直流伺服电动机原理、特点n1、工作原理工作原理：直流伺服电动机的结构由永磁体定直流伺服电动机的结构由永磁体定子、线圈转子（电枢）

63、、电刷和换向器组成，磁子、线圈转子（电枢）、电刷和换向器组成，磁场中的线圈通入电流时，就会产生电磁力，驱动场中的线圈通入电流时，就会产生电磁力，驱动转子转动。为了得到连续的旋转运动，就必须随转子转动。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，着转子的转动角度不断改变电流方向，因此，必必须有电刷和换向器须有电刷和换向器。2 特点：特点：n 有较高的响应速度、精度和频率，优良的控制特性等优点；n 由于使用电刷和换向器，故寿命较低，需要定期维修；n 在位置控制和速度控制时，必须使用角度传感器来实现闭环控制。3.3 直流与交流伺服电动机及驱动直流与交流伺服电动机及驱动1.

64、1.种类种类（1）小惯量直流伺服电动机）小惯量直流伺服电动机：60年代研制，其电枢无槽，年代研制，其电枢无槽，绕组直接粘接固定在电抠铁心上，因而转动惯量小、反应绕组直接粘接固定在电抠铁心上，因而转动惯量小、反应灵敏、动态特性好，适用于高速且负载惯量较小的场合，灵敏、动态特性好，适用于高速且负载惯量较小的场合，否则需根据其具体的惯量比设置精密齿轮副才能与负载惯否则需根据其具体的惯量比设置精密齿轮副才能与负载惯量匹配，增加了成本。量匹配，增加了成本。（2）直流印刷电枢电动机：）直流印刷电枢电动机：是一种盘形伺服电动机，电抠是一种盘形伺服电动机，电抠由导电板的切口成形，裸导体的线圈端部起整流子作用，

65、由导电板的切口成形，裸导体的线圈端部起整流子作用，这种空心式高性能伺服电动机大多用于工业机器人、小型这种空心式高性能伺服电动机大多用于工业机器人、小型NC机床及线切割机床上。机床及线切割机床上。（3）大惯量宽调速直流伺服电动机：）大惯量宽调速直流伺服电动机：70年代研制成功。它年代研制成功。它在结构上采取了一些措施，尽量提高转矩改善动态特性，在结构上采取了一些措施，尽量提高转矩改善动态特性，既具有一般直流电动机的各项优点，又具有小惯量直流电既具有一般直流电动机的各项优点，又具有小惯量直流电动机的快速响应性能，易与较大的惯性负载匹配，能较好动机的快速响应性能，易与较大的惯性负载匹配，能较好地满足

66、伺服驱动的要求，因此在数控机床、工业机器人等地满足伺服驱动的要求，因此在数控机床、工业机器人等机电一体化产品中得到了广泛应用。机电一体化产品中得到了广泛应用。(二二)直流伺服电动机种类与选用直流伺服电动机种类与选用 2.选用选用n 宽调速直流伺服电动机宽调速直流伺服电动机应根据应根据负载条件负载条件来选择来选择。加在电动机轴上的有两种负载，即加在电动机轴上的有两种负载，即负载转矩负载转矩和和惯惯性负载性负载。根据负载情况，所选电机必须能满足下列条件：根据负载情况，所选电机必须能满足下列条件：（1）在整个调速范围内，其负载转矩应在电动机）在整个调速范围内，其负载转矩应在电动机连续额定转矩范围以内；连续额定转矩范围以内；（2）工作负载与过载时间应在规定的范围以内；）工作负载与过载时间应在规定的范围以内；（3）应使加速度与希望的时间常数一致；）应使加速度与希望的时间常数一致；（4）等效惯性负载与电机的转子惯量相匹配。）等效惯性负载与电机的转子惯量相匹配。(二)、直流伺服电动机种类与选用(三三)、直流伺服电动机的驱动、直流伺服电动机的驱动n直流伺服电动机为直流供电，为调节电动机转速和方向,需要