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直流在数控中曾得到广泛的应用，它具有良好的调速和转矩特性，但是它的结构复杂、制造成本高、体积大，而且电机的电刷容易磨损，换向器会产生火花，使直流伺服电机的容量和使用场合受到限制。交流伺服电机没有电刷和换向器等结构上的缺点；并且随着新型功率开关器件、专用、计算机技术和控制算法等的发展，促进了交流驱动电路的发展，使得交流伺服驱动的调速特性更能适应进给伺服系统的要求。现代数控机床都倾向采用交流伺服驱动，交流伺服驱动大有取代直流伺服驱动之势。
1.交流伺服电机的结构
交流电机有交流感应电机和交流同步电机之分。交流感应电机结构简单、容量大、价格低，一般用作主运动的驱动电机。
永磁同步交流伺服电机用作进给运动的驱动电机，其结构示意如图1所示。电机由定子、转子和检测元件组成。定子由冲片叠成，其外形呈多边形，没有机座，这样有利于散热。在定子齿槽内嵌入某一极对数的三相绕组。转子也由冲片叠成，并在其中装有**磁铁，组成的极对数与定子的极对数相同。**磁铁有：铝镍钴合金、铁淦氧合金和钕铁硼合金即稀土永磁合金等，以稀土永磁合金的性能**。检测元件一般都用脉冲编码器，也可用旋转变压器加测速发电机，用以检测电机的转角位置、位移和旋转速度，以便提供永磁交流同步电机转子的**位置信息、位置反馈量和速度反馈量。
图1 永磁同步交流伺服电机结构示意图
2.交流伺服电机的变频调速
交流的转速n，与交流频率f，电机极对数p以及转速滑差率s之间的关系为
(1)
对于异步电机s≠0，对于同步电机则s=0。由式（1）可知，改变电源的频率f，电机的转速n与f成正比例变化。电机定子绕组的反电势为
e=4.44fwkwφ
如果略去定子的阻抗压降，则定子相电压
u≈e=4.44fwkwφ
上式说明，kw为常数，若相电压u不变，则随着频率f的升高，气隙磁通φ将减小。又从转矩公式
可以看出，φ值减小，电机转子的感应电流i2也相应减小，势必导致电机的允许输出转矩m下降。另外，若相电压u不变，随着f的减小，气隙磁通φ将增加，这会使磁路饱和，激磁电流上升导致铁耗剧增，功率因数下降。因此改变频率f进行调速时，需要同时改变定子的相电压u，以维持φ值接近不变，从而使m也接近不变。可见交流伺服电机变频调速的关键问题是要获得调频调压的交流电源。
调频调压电源有很多种。通常采用交流-直流-交流的变换电路来实现，这种电路的主要组成部分是三相电流逆变器。图2所示是目前应用*广泛的电压型功率晶体管（gtr）三相逆变器主回路原理图。由交流-直流变换的整流电路获得恒定的直流电压ud，功率晶体管开关元件t1、t4，t3、t6，t5、t2组成三相脉宽调制逆变器，c力图维持逆变器的输入直流电压ud为恒值， 因此，这一线路称为电压型逆变器。
图2 (a) 电压型功率晶体管（gtr）三相逆变器主回路原理图
图2 (b) 电压型功率晶体管三相逆变器主回路波形图
逆变器开关元件t1、t2，t3的控制是由三角波1和按调速控制要求生成的具有一定频率和电压幅值的正弦波2，通过波形1和2的比较生成等幅、等距而不等宽的矩形脉冲3，作为控制其通断的控制信号的。从而在逆变器的输出端获得三组与控制波形3相似的矩形脉冲，这种波形在驱动电机时，其作用等效于三相正弦电压4。
由上面的讨论可知，实现变频调压的关键是逆变器控制端获得要求的控制波形3。控制波形的实现方式（即电机调速的控制方式），现在广泛采用的方式是矢量变换控制。
图3是交流伺服调速系统原理图的实例，该系统由功率变换器和控制平台两部分组成。功率变换器又由整流器和逆变器两部分构成，整流器的作用是将输入的三相交流电变换成直流电，如图3左上部所示；逆变器是将直流电按控制信号的要求变换成所需要的三相交流电，现在高性能逆变器常常采用新型的开关频率较高的ipm功率模块，如图3右上部所示。
图3 交流伺服调速系统实例
控制器平台的硬件上采用dsp+fpga的方案，如图3的下半部分所示。其中fpga（现场可编程门阵列）器件和dsp（数字信号处理器）的主要功能是与软件一起，实现对所有控制任务的调度，输入输出信号的处理、逆变器控制信号的生成以及其他控制功能等。at89c52实现对显示数码管、键盘（用于调试和参数设置）以及串口的管理。限于篇幅，各模块的详细作用，这里不再详细讨论了。
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°。因此，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。如果按上述相反的方向通电，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相反应式步进电机。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 五相五定子轴向分相反应式步进电机
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°，因而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°，如果第一段的两相为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，而且没有磁漏。
图2 160bf02型六相功率步进电机
控制信号由系统给定，通过接口和功放电路驱动直流伺服。
功放电路又称功率放大器，目前主要有两种：
1.晶闸管功率放大器
2.晶体管脉冲宽度调制(pwm)功率放大器。
一、pwm晶体管功率放大器的工作原理
1.电压—脉宽变换器
作用：根据控制指令信号对脉冲宽度进行调制，用宽度随指令变化的脉冲信号去控制大功率晶体管的导通时间，实现对电枢绕组两端电压的控制。
2.开关功率放大器
作用：对电压—脉宽变换器输出的信号us进行放大，输出具有足够功率的信号up，以驱动直流伺服电动机。
开关功率放大器常采用大功率晶体管构成。根据各晶体管基极所加的控制电压波形，可分为单极性输出、双极性输出和有限单极性输出三种方式。
二、pwm晶体管功率放大器的数学模型
如果忽略功放电路中晶体管的导通压降，则up的幅值与电压uc相等。设三角波周期为t，us的正脉冲宽度为tp，则一个周期内电枢绕组两端的电压ua为：
展开成傅里叶级数，得：
由于晶体管的切换频率(即us的频率)通常高于1000hz，比直流伺服电动机的频带高得多，因而所有的谐波(即交流分量)都将被电动机的低通滤波作用所衰减掉。这样，式中的交流分量可忽略，从而简化为ua=2ucui/utpp。考虑到pwm晶体管功率放大器所具有的限幅特性，可得到其数学模型如下：
三、设计功放电路时应注意的问题
1.切换频率的选择
1)切换频率应使电动机轴产生微振，以克服静摩擦，改善运行特性，但微振的*大角位移不应大于允许的角位置误差。
2)切换频率应选得足够高，以使电动机电枢感抗足够大，减小电动机内产生的高频功耗和交流分量的影响。
3)切换频率应高于系统中任一部件的谐振频率，以防止共振产生。
2.大功率晶体管的选择
大功率晶体管工作在开关状态，其允许的开关频率一定要大于切换频率，而且开关特性要好，导通后的压降要小，反向耐压要高，以保证驱动电路和电动机性能的发挥。