6ES7 215-1AG40-0XB0型号介绍
是一种同步电机，其结构同其它电机一样，由定子和转子组成，定子为激磁场，其激磁磁场为脉冲式，即磁场以一定频率步进式旋转，转子则随磁场一步一步前进。步进电机主要有反应式、电磁式、永磁式几种。下面以反应式步进电机为例，来讨论其工作原理：
步进电机由转子和定子两部分组成。转子和定子均由带齿的硅钢片叠成。定子上有绕组分为若干相，每相磁极上有极齿。当某相定子绕组通以直流电压激磁后，便吸引转子，使转子上的齿与该相定子的齿对齐，令转子转动一定的角度，依次向定子绕组轮流激磁，会使转子连续旋转。
步进电机的定子可以做成三、四、五、六相甚至于做成八相，各相绕组可在定子上径向排列，也可在定子的轴向上分段排列。
下面的flash为步进电机的工作原理动画演示，所选示例为单定子径向分相式反应步进电机的断面图。转子上有均匀分布的40个齿，没有绕组。a、b、c三相定子每相两极，每极上有5个齿，与转子一样齿间夹角均为9°。如果a相通电则转子齿与a相极齿对齐，这时在b相两极下定子齿与转子齿中心线并不对齐，而是转子齿中心线较定子齿中心线反时针方向落后1/3齿距，即3°。c相下，转子齿超前6°。当通电状态由a相变为b相时，转子顺时针方向转过3°，c相通电再转3°。步距角为
双拍通电激磁，即按a-ab-b-bc-c-ca-a……的顺序通电激磁，则步距角为
一般而言
（1）
式中：m——绕组相数；
z——转子齿数，单拍通电kp＝1，双拍通电kp＝2。如果按上述的方向通电，则步进电机将反时针方向旋转。
图1所示为五相五定子轴向分应式步进电机。定子和转子都分为5段，呈轴向布置。其上均有16个齿，故齿距为22.5°，各相定子彼此径向错开1/5个齿的齿距（也可以由五段转子彼此径向错开1/5齿距）。如果按a-b-c-d-e-a……的五相五拍通电，步距角为
如果按ab-abc-bc-bcd-cd-cde-de-dea-ea-eab-ab……的十拍通电，则步距角为2.25°。
图1 五相五定子轴向分应式步进电机
图2（a）为160bf02型六相功率步进电机，电机的转子有40个齿，不分段由硅钢片叠成。步距角可以是1.5°或0.75°。电机的定子如图（b）所示由硅钢片叠成分为三段，每段有8个磁极，单数极属于同一相，双数极属于另一相，极齿的齿夹角也是360°/40＝9°，每段上的两相磁极的极齿彼此便错开4.5°。三段定子装入机壳内时，三段上的记号槽相互径向错开120°，三段上三个均布键槽对齐，在键槽中用键固定。这样装配后，段与段之间的极齿便错开1.5°，如果段的两相为a、d相，则第二段为b、e相，第三段为c、f相。功率步进电机的输出转矩大，绕组上的电流大。结构上采用径向与轴向分相相结合的形式，径向尺寸小，惯性小，散热好，没有磁漏。
图2 160bf02型六相功率步进电机
直流与一般直流电机的基本原理是完全相同的，如图1所示，电机转子上的载流导体（即电枢绕组）在定子磁场中，受到电磁转矩m的作用，使电机转子旋转。电磁转矩
m=ktia（1）
式中：kr——电机的转矩系数（kt=cmф）；
ia——电机电枢电流。
电枢转动后，因导体切割磁力线而产生反电势，其值为
ea=ken（2）
式中：ke——电机的转矩系数（ke=ceф）；
n——电枢的转速（r/min）。
或反电势为
ea=ke60/2=ke'w（3）
式中，ke'——电势系数（ke'=60ke/2p）
ω——电枢的角速度（rad/s）。
作用在电枢的电压u应等于反电势与电枢电压降之和，即
（4）
式中，ra--电枢电阻。
上式就是电机的电压平衡方程。由式（2）和式（4）有
（5）
由上式可知，调节电机的转速有三种方法。
改变电枢电压u；
改变磁通量φ，即改变ke的值。改变激磁回路的电阻rj以改变激磁电流ij，可以达到改变磁通量φ的目的；
在电枢回路中串联调节电阻rj，此时，转速的计算公式变为
（6）
调节激磁回路电阻的方法，容易控制，但激磁回路的电感大，时间常数较大，调速的快速性较差。激磁回路串接电阻只能使激磁电流减小，转速只能由额定转速向上调高。在电枢回路中串接电阻的办法，转速只能调低，电阻上的铜耗大，这种方法并不经济。磁通量与电枢电阻固定不变，改变电枢电压的调速方法，一般都由电枢的额定电压向下调低，使电机转速由额定转速向下调低。需要附加调压设备，它的调速范围大，直流伺服电机常用这种方法调速。
进给伺服系统是接受数控系统发出的位置与速度指令，驱动执行部件在一定切削条件下进行加工的控制系统。从自动控制的角度来看，位置指令是系统的一个控制输入，与切削或使用条件有关的负载可以说是系统的干扰输入。执行机构的位置（角位移或直线位移）是系统的输出。进给伺服系统典型的逻辑结构如图1所示：
图1 进给伺服系统典型的逻辑结构
则该系统的控制模型框图如图2所示：
图2 进给伺服系统控制模型框图
图2中方框中传递函数的含义是：g1(s)是控制系统的传递函数，它是指位置控制单元、速度控制单元和综合控制作用的等效传递函数；g2(s)是被控对象的传递函数，这里是指机械执行部件的传递函数；h(s)是反馈系统的传递函数，这里是指位置检测单元的传递函数；
图2中方框中传递函数的含义是：r(s)是输入信号，这里是指cnc装置输出的由插补指令累计的指令位置值xc；c(s)是输出信号，这里是指机械执行部件工作台的位移量xd；e(s)是偏差信号，这里是指跟随误差△d；b(s)是反馈信号，这里是指工作台的实际位移量xa；n(s)是噪声信号，这里主要是指负载干扰，m(s)是控制量，这里是指伺服电机的较位移。图4-36模型的闭环传递函数为：
式中gk(s)为上述系统的开环传递函数，即有：
gk(s)=g1(s)g2(s)h(s)
对于图3所示的典型进给伺服系统逻辑结构，其传递函数框图可用图3表示，限于篇幅，其推导过程将不在这里展开了，有兴趣的学员可参看参考教材第244页 [廖效果等《数控技术》 武汉：湖北科学技术出版社，2000]。
图3 传递函数框图
由图可知：x0是对xc和fd两个激励的响应，根据叠加原理，可先分别求出每个激励单独作用的响应，进行叠加。
当fd=0时，仅有xc激励的传递函数为
(1)
2)
式中的系数：a、b、c、d、e、h、d'、e'是由框图中的参数计算出的，具体表达式可参看参考教材 第245页 [廖效果等《数控技术》武汉：湖北科学技术出版社，2000]。
当xc、fd激励时系统的响应为：
(3)
(4)
显然它是一个复杂的5阶系统，其传递函数也将是相当复杂的，若依据该函数研究系统性能参数的特性也将是很繁琐的。在实际中，当只定性研究系统的性能参数时，可在一定的条件下对系统进行简化，实践证明这种简化将不会对所研究性能参数的本质特征产生影响