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交流伺服定子的构造基本上与分相式单相相似，如图所示。其定子上装有两个位置互差90°的绕组，一个是励磁绕组rf，它始终接在交流电压uf上；另一个是控制绕组l，联接控制信号电压uc。所以交流伺服电动机又称两个伺服电动机。

交流伺服电动机的转子通常做成鼠笼式，但为了使伺服电动机具有较宽的调速范围、线性的机械特性，无“自转”现象和快速响应的性能，它与普通电动机相比，应具有转子电阻大和转动惯量小这两个特点。

目前应用较多的转子结构有两种形式：

一种是采用高电阻率的导电材料做成的高电阻率导条的鼠笼转子，为了减小转子的转动惯量，转子做得细长；另一种是采用铝合金制成的空心杯形转子，杯壁很薄，仅0.2-0.3mm，为了减小磁路的磁阻，要在空心杯形转子内放置固定的内定子，如图所示。

交流伺服电动机在没有控制电压时，定子内只有励磁绕组产生的脉动磁场，转子静止不动。当有控制电压时，定子内便产生一个旋转磁场，转子沿旋转磁场的方向旋转，在负载恒定的情况下，电动机的转速随控制电压的大小而变化，当控制电压的相位相反时，伺服电动机将反转。

交流伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者得多，所以伺服电动机与单机异步电动机相比，有三个显著特点：

一、起动转矩大

由于转子电阻大，其转矩特性曲线如图中曲线1所示，与普通异步电动机的转矩特性曲线2相比，有明显的区别。它可使临界转差率s0＞1，这样不仅使转矩特性（机械特性）更接近于线性，而且具有较大的起动转矩。因此，当定子一有控制电压，转子立即转动，即具有起动快、灵敏度高的特点。

二、运行范围较宽

如图所示，较差率s在0到1的范围内伺服电动机都能稳定运转。

较差率

三、无自转现象

正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（t1－s1、t2－s2曲线）以及合成转矩特性（t－s曲线）如图所示，与普通的单相异步电动机的转矩特性（图中t′－s曲线）不同。这时的合成转矩t是制动转矩，从而使电动机迅速停止运转。

转矩特性曲线

图是伺服电动机单相运行时的机械特性曲线。负载一定时，控制电压uc愈高，转速也愈高，在控制电压一定时，负载增加，转速下降。

伺服系统是的重要组成部分，是连接数控装置(计算机)和机床之间的关键桥梁，伺服系统的性能在很大程度上决定了数控机床的性能，如数控机床的定位精度、跟踪精度、*高移动速度等重要指标。建议我们先来学习一些基础概念，再学习各种进给伺服系统的控制方式。深刻理解掌握这部分知识，会对更好的学习后面的数控加工工艺有一定的帮助。

1、进给伺服系统

1）组成

进给伺服系统是以机床移动部件（如工作台）的位置和速度作为控制量的自动控制系统，通常由伺服驱动装置、、机械传动机构及执行部件组成。见图1所示。

图1 伺服系统的组成

2) 作用

接受数控装置发出的进给速度和位移指令信号，由伺服驱动装置作一定的转换和放大后，经伺服电机（直流、交流伺服电机、功率等）和机械传动机构，驱动机床的工作台等执行部件实现工作进给或快速运动。

3) 基本技术要求

1）精度高

2）稳定性好

3）快速响应

4）调速范围宽

4) 分类

☆步进电机驱动系统

☆直流伺服驱动系统：永磁直流伺服

☆交流伺服驱动系统：永磁交流伺服电动机

2、开环控制伺服系统

开环进给伺服系统是数控机床中*简单的伺服系统，执行元件一般为步进电机，其控制原理如图2所示。

图2 开环控制数控机床

图3 半闭环控制数控机床

3、半闭环控制伺服系统

采用旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等）和直流伺服电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，其控制原理见图33所示。

4、闭环控制伺服系统

其控制原理见图4。

图4 闭环控制数控机床

进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说cnc装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由cnc装置发来的运动命令，**控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。

伺服系统是典型的开环控制系统，指令信号是单向流动的。开环系统没有位置和速度反馈回路，省去了检测装置，其精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制，系统简单可靠，不需要像闭环伺服系统那样进行复杂的设计计算与试验验证。

步进开环伺服系统由于具有结构简单、使用维护方便、可靠性高、制造成本低等一系列优点，在中小型机床和速度、精度要求不十分高的场合，得到了广泛的应用。

1．步进电动机的种类和结构

步进电动机的分类方式很多，根据不同的分类方式，可将步进电动机分为多种类型，如表1所示。

步进电机在结构上分为定子和转子两部分，现以图2所示的反应式三相步进电机为例加以说明。定子上有六个磁极，每个磁极上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相，分成a、b、c三相。在定子的每个磁极上开了5个小齿，齿宽相等，齿间夹角是9°。转子无绕组，它是由带齿的铁心做成的。有均匀分布的40个小齿，齿间夹角也是9°。此外，定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。

图2 步进电机结构原理图

2．步进电动机的工作原理

步进电机是按电磁吸引的原理工作，现以反应式步进电机为例说明其工作原理。反应式步进电机的定子上有磁极，每个磁极上有激磁绕组，转子无绕组，有周向均布的齿，依靠磁极对齿的吸合工作。如图3所示为三相步进电机，定子上有三对磁极，分成a、b、c三相。