步進(jìn)電機(jī)課件

§11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（脈沖電動(dòng)機(jī)）--將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移的電機(jī)，即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。

特點(diǎn)：在負(fù)載能力范圍內(nèi)不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化；適用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可在很寬的范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率調(diào)速；能夠快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。很適合微型機(jī)控制，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。2022/12/211§11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（脈沖電動(dòng)機(jī)

應(yīng)用：數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、軋鋼機(jī)、記錄儀等方面。

基本要求：(1)能迅速啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)，在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速；(2)要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小，步距小精度高，不得丟步或越步；(3)輸出轉(zhuǎn)矩大，直接帶負(fù)載。分類(lèi)：按勵(lì)磁方式分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用得多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故著重講述。

2022/12/212應(yīng)用：數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、軋鋼機(jī)、記錄儀等方一、工作原理和特點(diǎn)

1、結(jié)構(gòu)

定子鐵心由硅鋼片疊成，定子有8個(gè)磁極(大齒)，磁極上有小齒。有4套定子控制繞組，繞在徑向相對(duì)的磁極上的繞組為一相。轉(zhuǎn)子由疊片鐵心構(gòu)成，沿圓周有很多小齒。定子磁極和轉(zhuǎn)子上小齒的齒距必須相等。四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2022/12/213一、工作原理和特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2022/2、工作原理

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是利用凸極轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的。以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例--定子6極不帶小齒，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的極上繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子4個(gè)齒，齒寬等于定子的極靴寬。

①三相單三拍運(yùn)行三相--指步進(jìn)電機(jī)具有三相定子繞組；單--指每次只有一相繞組通電；三拍--指三次換接為一個(gè)循環(huán)，即按A-B-C-A……方式運(yùn)行的稱(chēng)為三相單三拍運(yùn)行。2022/12/2142、工作原理2022/12/174

當(dāng)A相通電B、C相不通電時(shí)，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子A極軸線對(duì)齊。同理斷開(kāi)A接通B時(shí)、斷開(kāi)B接通C轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30°。按A→B→C→A…接通和斷開(kāi)控制繞組轉(zhuǎn)子就連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速取決于控制繞組通、斷電的頻率，轉(zhuǎn)向取決于通電的順序。三相單三拍運(yùn)行2022/12/215當(dāng)A相通電B、C相不通電時(shí)，由于磁通

②三相六拍運(yùn)行

供電方式是A→AB→B→BC→C→CA→A……，共有6種通電狀態(tài)，每一循環(huán)換接6次，這6種通電狀態(tài)中有時(shí)只有一相繞組通電(如A相)即單拍，有時(shí)有兩相繞組同時(shí)通電(如A相和B相)即雙拍，故稱(chēng)三相單、雙六拍。圖表示按這種方式對(duì)控制繞組供電時(shí)轉(zhuǎn)子位置和磁通分布的圖形。2022/12/216②三相六拍運(yùn)行2022/12/176三相六拍運(yùn)行(1)(a)A相通電；(b)A、B相通電；2022/12/217三相六拍運(yùn)行(1)2022/12/177三相六拍運(yùn)行(2)

(c)B相通電；(d)B、C相通電2022/12/218三相六拍運(yùn)行(2)2022/12/178③三相雙三拍運(yùn)行

通電方式AB→BC→CA→AB‥，轉(zhuǎn)過(guò)30°。④四相步進(jìn)電機(jī)四相八拍--通電方式A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A……，與三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)道理一樣，當(dāng)A相通電轉(zhuǎn)到A、B兩相同時(shí)通電時(shí)，定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置變?yōu)檗D(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛑晦D(zhuǎn)過(guò)1/8齒距角，即0.9°。四相雙四拍--通電方式AB-BC-CD-DA-AB……步距角與四相單四拍運(yùn)行時(shí)一樣為1/4齒距角，即1.8°。

2022/12/219③三相雙三拍運(yùn)行2022/12/179A相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置A、B兩相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置2022/12/2110A相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置A、B兩相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子3、基本特點(diǎn)

(1)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，每相繞組由專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)“環(huán)形分配器”按一定規(guī)律輪流通電。如三相雙三拍運(yùn)行的環(huán)形分配器輸入是一路，輸出有A、B、C三路。若開(kāi)始是A、B這兩路有電壓，輸入一個(gè)控制脈沖后就變成B、C這兩路有電壓，再輸入一個(gè)脈沖變成C、A這兩路有電壓，再輸入一個(gè)電脈沖變成A、B這兩路有電壓了。環(huán)形分配器輸出的各路脈沖電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)各自的放大器放大后送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。2022/12/21113、基本特點(diǎn)2022/12/1711控制方框圖三相雙三拍運(yùn)行各相控制電壓波形電路圖2022/12/2112控制方框圖三相雙三拍運(yùn)行各相控制電壓波形電2022/12/1(2)步距角--每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度，用θb表示。當(dāng)電機(jī)按四相單四拍運(yùn)行--A-B-C-D-A……順序通電時(shí)，換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為1/4齒距角；轉(zhuǎn)子需要走4步，才轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。當(dāng)四相八拍運(yùn)行--A-AB-B-BC-C-CD-D-DA……順序通電時(shí)，換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為1/8齒距角；轉(zhuǎn)子需要走8步才轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。齒距角--轉(zhuǎn)子相鄰兩齒間的夾角，用θt表示。ZR為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N為運(yùn)行拍數(shù)2022/12/2113(2)步距角--每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

提高工作精度就要求步距角很小。要減小步距角可以增加拍數(shù)N；增加相數(shù)電源及電機(jī)的結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般做到六相，個(gè)別也有八相或更多；一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)步距角，如1.5°/0.75°、1.2°/0.6°、3°/1.5°等。增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR，步距角也可減小，所以反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)一般是很多；通常反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為零點(diǎn)幾度到幾度。2022/12/2114提高工作精度就要求步距角很小。要減小(3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可按指令進(jìn)行角度控制和速度控制。角度控制---每輸入一個(gè)脈沖，定子繞組就換接一次，輸出軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量與輸入脈沖數(shù)成正比。速度控制---送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的是連續(xù)脈沖，各相繞組不斷地輪流通電，步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。每輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度是整個(gè)圓周角的1/(ZRN)，因此每分鐘轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的圓周數(shù)，即轉(zhuǎn)速為：

f為控制脈沖的頻率，轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，而與電壓、負(fù)載、溫度等因素?zé)o關(guān)。

2022/12/2115(3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可按指令進(jìn)行角度控制和速度(4)步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。當(dāng)控制電脈沖停止輸入，讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時(shí)，電機(jī)保持在最后一個(gè)脈沖控制的角位移的終點(diǎn)位置上。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)停車(chē)時(shí)轉(zhuǎn)子定位。綜上所述，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響(允許負(fù)載范圍內(nèi))，也不受環(huán)境條件(溫度、壓力、沖擊、振動(dòng)等)變化的影響，只與控制脈沖同步，同時(shí)它又能按照控制的要求，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)速。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。2022/12/2116(4)步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。當(dāng)控制電脈沖停

二、運(yùn)行特性

1、矩角特性和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩

當(dāng)控制脈沖不斷送入各相繞組按一定程序輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就一步步地轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)控制脈沖停止時(shí)，如某些相繞組仍通入恒定不變的電流，轉(zhuǎn)子將固定于某位置保持不動(dòng)，稱(chēng)為靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)即使有一個(gè)小的擾動(dòng)使轉(zhuǎn)子偏離此位置，磁拉力也能把轉(zhuǎn)子拉回來(lái)。對(duì)于多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，定子控制繞組可以是一相通電，也可以是幾相同時(shí)通電，下面分別進(jìn)行討論。2022/12/2117二、運(yùn)行特性2022/12/1717①單相通電時(shí)

單相通電時(shí)，通電相極下的齒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這些齒與轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置及所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是相同的，故可以用一對(duì)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置來(lái)表示轉(zhuǎn)子位置，電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩等于通電相極下各個(gè)定子齒所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。失調(diào)角θe

---定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線之間的夾角θe表示為電角度。齒距角θt---一個(gè)齒距對(duì)應(yīng)的電角度則θte=2π。2022/12/2118①單相通電時(shí)失調(diào)角θe---定子齒軸線與轉(zhuǎn)定、轉(zhuǎn)子間的作用力穩(wěn)定平衡---當(dāng)θe=0轉(zhuǎn)子齒軸線和定子齒軸線重合，T=0。位置靜態(tài)轉(zhuǎn)矩---轉(zhuǎn)子偏離轉(zhuǎn)過(guò)某一角度時(shí)，定、轉(zhuǎn)子齒之間的吸力有了切向分量，而形成轉(zhuǎn)矩T。2022/12/2119定、轉(zhuǎn)子間的作用力穩(wěn)定平衡---當(dāng)θe=0轉(zhuǎn)子齒軸線和定子齒T=-(IW)

2ZsZRlG1sinθe

(N·m)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性

矩角特性---步進(jìn)機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩T隨失調(diào)角θe的變化規(guī)律，即T=f(θe)曲線。其形態(tài)近似正弦曲線。靜穩(wěn)定區(qū)最大靜轉(zhuǎn)矩2022/12/2120T=-(IW)2ZsZRlG1sinθe②多相通電時(shí)

多相通電時(shí)的矩角特性近似地由每相各自通電時(shí)的矩角特性疊加起來(lái)求出。以三相步進(jìn)電機(jī)為例。當(dāng)A、B兩相同時(shí)通電時(shí)合成矩角特性應(yīng)為兩者相加，即

TAB=TA+TB=-Tjmaxsinθe-Tjmaxsin(θe-120°)=-Tjmaxsin(θe-60°)是條與A相矩角特性相距120°(即θte/3)的正弦曲線。2022/12/2121②多相通電時(shí)2022/12/1721三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩

(a)矩角特性；(b)轉(zhuǎn)矩向量圖2022/12/2122三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩2022/12/17222、單步運(yùn)行狀態(tài)

指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行方式，或輸入脈沖頻率非常之低，加第二脈沖之前前一步已經(jīng)走完的運(yùn)行狀態(tài)。

①空載運(yùn)行通電順序?yàn)锳→B→C→A，轉(zhuǎn)子停在θe=0的位置上，如果此時(shí)送入一個(gè)控制脈沖，切換為B相繞組通電，矩角特性就移動(dòng)一個(gè)步距角θeb(等于120°)，躍變?yōu)榍€B，θe=120°就成為新的平衡位置。2022/12/21232、單步運(yùn)行狀態(tài)2022/12/1723空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行

2022/12/2124空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行

2022/12/1724②負(fù)載運(yùn)行

當(dāng)電機(jī)帶恒定負(fù)載TL時(shí)若A相通電，轉(zhuǎn)子將停留在失調(diào)角為θea的位置上，當(dāng)θe=θea時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩TA(對(duì)應(yīng)a點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相等，轉(zhuǎn)子處于平衡。送入控制脈沖轉(zhuǎn)換到B相通電，則轉(zhuǎn)子所受的有效轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩TB與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL之差，即圖上的陰影部分。轉(zhuǎn)子在此轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角120°，由θe=θea轉(zhuǎn)到新的平衡位置θe=θeb。這樣當(dāng)繞組不斷地?fù)Q接時(shí)，電機(jī)也不斷地作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，步距角仍為120°電角度。2022/12/2125②負(fù)載運(yùn)行2022/12/1725負(fù)載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行2022/12/2126負(fù)載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行2022/12/1726③單步運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)的最大負(fù)載

電機(jī)作單步運(yùn)行時(shí)的矩角特性，圖中相鄰兩狀態(tài)矩角特性的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩用Tq表示。相鄰矩角特性的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩Tq是電機(jī)作單步運(yùn)動(dòng)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載，也稱(chēng)為極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。實(shí)際電機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL必須小于極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩才能運(yùn)行，即電機(jī)所帶負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩TL＜Tq。

步距角減少可使相鄰矩角特性位移減少，就可提高極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq，增大電機(jī)的負(fù)載能力。三相六拍時(shí)，矩角特性幅值不變，而步距角小了一半，故極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2022/12/2127③單步運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)的最大負(fù)載2022/12/17最大負(fù)載能力的確定2022/12/2128最大負(fù)載能力的確定2022/12/17283、連續(xù)脈沖運(yùn)行

外加脈沖頻率的提高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。在運(yùn)行過(guò)程中具有良好的動(dòng)態(tài)性能是保證控制系統(tǒng)可靠工作的前提。如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等，并在各種頻率下(各種轉(zhuǎn)速)運(yùn)行，要求電機(jī)的步數(shù)與脈沖數(shù)嚴(yán)格相等，即不丟步也不越步，且轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。保證系統(tǒng)精度。此外，當(dāng)提高使用頻率時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的快速性也是動(dòng)態(tài)性能的重要內(nèi)容之一。所以有必要對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性作一定的分析。2022/12/21293、連續(xù)脈沖運(yùn)行2022/12/1729

矩頻特性---電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的最大輸出轉(zhuǎn)矩T與f兩者間的關(guān)系。當(dāng)控制脈沖頻率增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能帶動(dòng)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩值將逐步下降。主要原因是定子繞組電感的影響。因步進(jìn)電機(jī)每相繞組是線圈，而電感有延緩電流變化的特性。①運(yùn)行矩頻特性2022/12/2130矩頻特性---電三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

1、驅(qū)動(dòng)電源

專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電源和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)有機(jī)整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電源二者配合的綜合表現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電源方框圖2022/12/2131三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電源方框圖2022/12/1731

變頻信號(hào)源是一個(gè)頻率從數(shù)十赫茲到幾萬(wàn)赫茲左右的連續(xù)可變的脈沖信號(hào)發(fā)生器。

脈沖分配器是由門(mén)電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號(hào)按一定的邏輯關(guān)系加到放大器上，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按一定的運(yùn)行方式運(yùn)轉(zhuǎn)。

功率放大電路用放大后的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。環(huán)形分配器輸出的電流只有幾毫安，一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要幾個(gè)到幾十個(gè)安培的電流。功放電路種類(lèi)很多，它們對(duì)電機(jī)性能的影響也各不相同。通常驅(qū)動(dòng)電源就以功率放大器的型式進(jìn)行分類(lèi)。2022/12/2132變頻信號(hào)源是一個(gè)頻率從數(shù)十赫茲到幾萬(wàn)赫2、驅(qū)動(dòng)電路單極性驅(qū)動(dòng)：是一個(gè)頻率從數(shù)十赫茲到幾萬(wàn)赫茲左右的連續(xù)可變的脈沖信號(hào)發(fā)生器。雙極性驅(qū)動(dòng)：驅(qū)動(dòng)電路采用H橋結(jié)構(gòu)，效率高特別適合大功率步進(jìn)電機(jī)（1KW）。高低壓驅(qū)動(dòng)：開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)用高電壓，縮短電流上升和下降的時(shí)間；導(dǎo)通器件采用低電壓維持繞組電流。斬波恒流驅(qū)動(dòng)：采用比較器，使相繞組上的電流基本為一恒定值。2022/12/21332、驅(qū)動(dòng)電路2022/12/1733細(xì)分控制：步距角再細(xì)分至幾十甚至百倍，提高進(jìn)度和運(yùn)行平穩(wěn)性。

方法是增加多相繞組同時(shí)導(dǎo)電的時(shí)間，同時(shí)控制各項(xiàng)繞組中電流的大?。ㄒ话銥殡A梯波），不同空間位置的不同合成磁勢(shì)，轉(zhuǎn)的步距變小?？刹捎梦⑻幚砥鲾夭ê懔骷?xì)分驅(qū)動(dòng)電路。2022/12/2134細(xì)分控制：步距角再細(xì)分至幾十甚至百倍，

四、主要性能指標(biāo)1.最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax---指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉(zhuǎn)矩最大值。繞組電流越大，最大靜轉(zhuǎn)矩也越大，通常取負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：TL=(0.3~0.5)Tjmax2.步距角θb---每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。步距角大小會(huì)直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和運(yùn)行頻率。步距角小的往往啟動(dòng)及運(yùn)行頻率高，但轉(zhuǎn)速和輸出功率不一定高。

3.靜態(tài)步距角誤差Δθb---實(shí)際的步距角與理論的步距角之間的差值，通常用理論步距角的百分?jǐn)?shù)或絕對(duì)值來(lái)衡量。靜態(tài)步距角誤差小，表示電機(jī)精度高。2022/12/2135四、主要性能指標(biāo)2022/12/17354.啟動(dòng)頻率fq和啟動(dòng)矩頻特性

啟動(dòng)頻率---指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠不失步啟動(dòng)的最高脈沖頻率，產(chǎn)品目錄一般都有空載啟動(dòng)頻率數(shù)據(jù)。但實(shí)際大都要帶負(fù)載啟動(dòng)。負(fù)載啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩及慣量的大小有關(guān)。啟動(dòng)矩頻特性---在一定的負(fù)載慣量下，啟動(dòng)頻率隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化的特性，通常以表格或曲線形式給出。5.運(yùn)行頻率和運(yùn)行矩頻特性

運(yùn)行頻率---步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，控制脈沖頻率連續(xù)上升而維持不失步的最高頻率。運(yùn)行矩頻特性---電機(jī)帶負(fù)載運(yùn)行時(shí)，頻率連續(xù)上升而維持不失步的頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩兩者的關(guān)系，技術(shù)數(shù)據(jù)通常是以表格或曲線形式表示。2022/12/21364.啟動(dòng)頻率fq和啟動(dòng)矩頻特性2022/12/17366.額定電流---電機(jī)不動(dòng)時(shí)每相繞組容許通過(guò)的電流。當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，每相繞組通的是脈沖電流，電流表指示的讀數(shù)為脈沖電流平均值。7.額定電壓---指加在驅(qū)動(dòng)電源各相主回路的直流電壓。一般不等于加在繞組兩端的電壓。國(guó)標(biāo)規(guī)定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定電壓為：?jiǎn)我浑妷盒碗娫?、12、27、48、60、80(V)，高低壓切換型電源

60/12、80/12(V)。2022/12/21376.額定電流---電機(jī)不動(dòng)時(shí)每相繞組容許通過(guò)的電流。當(dāng)電機(jī)思考題與習(xí)題1.如何控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出的角位移或線位移量，轉(zhuǎn)速或線速度?步進(jìn)電機(jī)有哪些可貴的特點(diǎn)?2.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)與永磁式及感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)在作用原理方面有什么共同點(diǎn)和差異?步進(jìn)電機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)有什么共同點(diǎn)和差異?3.步進(jìn)電機(jī)有哪一些技術(shù)指標(biāo)?它們的具體含義是什么?4.步進(jìn)電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)中標(biāo)的步距角有時(shí)為兩個(gè)數(shù)，如步距1.5°/3°，試問(wèn)這是什么意思?5.如果一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，試問(wèn)它的啟動(dòng)頻率有何變化?6.試問(wèn)步進(jìn)電機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率和它的負(fù)載轉(zhuǎn)矩有怎樣的關(guān)系?為什么?7.為什么步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率比啟動(dòng)頻率要高得多?

2022/12/2138思考題與習(xí)題1.如何控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出的角位移或線位移量，8.一臺(tái)四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，若單相通電時(shí)矩角特性為正弦形，其幅值為T(mén)jmax，請(qǐng)

(1)寫(xiě)出四相八拍運(yùn)行方式時(shí)一個(gè)循環(huán)的通電次序，并畫(huà)出各相控制電壓波形圖；

(2)求兩相同時(shí)通電時(shí)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩；

(3)分別作出單相及兩相通電時(shí)的矩角特性；

(4)求四相八拍運(yùn)行方式時(shí)的極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。9.一臺(tái)五相十拍運(yùn)行的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR=48，在A相繞組中測(cè)得電流頻率為600Hz，求：

(1)電機(jī)的步距角；

(2)轉(zhuǎn)速；

(3)設(shè)單相通電時(shí)矩角特性為正弦形，其幅值為3N·m，求三相同時(shí)通電時(shí)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax（ABC）。

2022/12/21398.一臺(tái)四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，若單相通電時(shí)矩角特性為正弦形，其§11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（脈沖電動(dòng)機(jī)）--將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移的電機(jī)，即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。

特點(diǎn)：在負(fù)載能力范圍內(nèi)不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化；適用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可在很寬的范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率調(diào)速；能夠快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。很適合微型機(jī)控制，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。2022/12/2140§11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（脈沖電動(dòng)機(jī)

應(yīng)用：數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、軋鋼機(jī)、記錄儀等方面。

基本要求：(1)能迅速啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)，在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速；(2)要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小，步距小精度高，不得丟步或越步；(3)輸出轉(zhuǎn)矩大，直接帶負(fù)載。分類(lèi)：按勵(lì)磁方式分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用得多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故著重講述。

2022/12/2141應(yīng)用：數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、軋鋼機(jī)、記錄儀等方一、工作原理和特點(diǎn)

1、結(jié)構(gòu)

定子鐵心由硅鋼片疊成，定子有8個(gè)磁極(大齒)，磁極上有小齒。有4套定子控制繞組，繞在徑向相對(duì)的磁極上的繞組為一相。轉(zhuǎn)子由疊片鐵心構(gòu)成，沿圓周有很多小齒。定子磁極和轉(zhuǎn)子上小齒的齒距必須相等。四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2022/12/2142一、工作原理和特點(diǎn)1、結(jié)構(gòu)四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2022/2、工作原理

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是利用凸極轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的。以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例--定子6極不帶小齒，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的極上繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子4個(gè)齒，齒寬等于定子的極靴寬。

①三相單三拍運(yùn)行三相--指步進(jìn)電機(jī)具有三相定子繞組；單--指每次只有一相繞組通電；三拍--指三次換接為一個(gè)循環(huán)，即按A-B-C-A……方式運(yùn)行的稱(chēng)為三相單三拍運(yùn)行。2022/12/21432、工作原理2022/12/174

當(dāng)A相通電B、C相不通電時(shí)，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子A極軸線對(duì)齊。同理斷開(kāi)A接通B時(shí)、斷開(kāi)B接通C轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)30°。按A→B→C→A…接通和斷開(kāi)控制繞組轉(zhuǎn)子就連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速取決于控制繞組通、斷電的頻率，轉(zhuǎn)向取決于通電的順序。三相單三拍運(yùn)行2022/12/2144當(dāng)A相通電B、C相不通電時(shí)，由于磁通

②三相六拍運(yùn)行

供電方式是A→AB→B→BC→C→CA→A……，共有6種通電狀態(tài)，每一循環(huán)換接6次，這6種通電狀態(tài)中有時(shí)只有一相繞組通電(如A相)即單拍，有時(shí)有兩相繞組同時(shí)通電(如A相和B相)即雙拍，故稱(chēng)三相單、雙六拍。圖表示按這種方式對(duì)控制繞組供電時(shí)轉(zhuǎn)子位置和磁通分布的圖形。2022/12/2145②三相六拍運(yùn)行2022/12/176三相六拍運(yùn)行(1)(a)A相通電；(b)A、B相通電；2022/12/2146三相六拍運(yùn)行(1)2022/12/177三相六拍運(yùn)行(2)

(c)B相通電；(d)B、C相通電2022/12/2147三相六拍運(yùn)行(2)2022/12/178③三相雙三拍運(yùn)行

通電方式AB→BC→CA→AB‥，轉(zhuǎn)過(guò)30°。④四相步進(jìn)電機(jī)四相八拍--通電方式A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A……，與三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)道理一樣，當(dāng)A相通電轉(zhuǎn)到A、B兩相同時(shí)通電時(shí)，定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置變?yōu)檗D(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛑晦D(zhuǎn)過(guò)1/8齒距角，即0.9°。四相雙四拍--通電方式AB-BC-CD-DA-AB……步距角與四相單四拍運(yùn)行時(shí)一樣為1/4齒距角，即1.8°。

2022/12/2148③三相雙三拍運(yùn)行2022/12/179A相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置A、B兩相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置2022/12/2149A相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置A、B兩相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子3、基本特點(diǎn)

(1)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，每相繞組由專(zhuān)門(mén)驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)“環(huán)形分配器”按一定規(guī)律輪流通電。如三相雙三拍運(yùn)行的環(huán)形分配器輸入是一路，輸出有A、B、C三路。若開(kāi)始是A、B這兩路有電壓，輸入一個(gè)控制脈沖后就變成B、C這兩路有電壓，再輸入一個(gè)脈沖變成C、A這兩路有電壓，再輸入一個(gè)電脈沖變成A、B這兩路有電壓了。環(huán)形分配器輸出的各路脈沖電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò)各自的放大器放大后送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。2022/12/21503、基本特點(diǎn)2022/12/1711控制方框圖三相雙三拍運(yùn)行各相控制電壓波形電路圖2022/12/2151控制方框圖三相雙三拍運(yùn)行各相控制電壓波形電2022/12/1(2)步距角--每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度，用θb表示。當(dāng)電機(jī)按四相單四拍運(yùn)行--A-B-C-D-A……順序通電時(shí)，換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為1/4齒距角；轉(zhuǎn)子需要走4步，才轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。當(dāng)四相八拍運(yùn)行--A-AB-B-BC-C-CD-D-DA……順序通電時(shí)，換接一次繞組，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為1/8齒距角；轉(zhuǎn)子需要走8步才轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。齒距角--轉(zhuǎn)子相鄰兩齒間的夾角，用θt表示。ZR為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N為運(yùn)行拍數(shù)2022/12/2152(2)步距角--每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

提高工作精度就要求步距角很小。要減小步距角可以增加拍數(shù)N；增加相數(shù)電源及電機(jī)的結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般做到六相，個(gè)別也有八相或更多；一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)步距角，如1.5°/0.75°、1.2°/0.6°、3°/1.5°等。增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR，步距角也可減小，所以反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)一般是很多；通常反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為零點(diǎn)幾度到幾度。2022/12/2153提高工作精度就要求步距角很小。要減小(3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可按指令進(jìn)行角度控制和速度控制。角度控制---每輸入一個(gè)脈沖，定子繞組就換接一次，輸出軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量與輸入脈沖數(shù)成正比。速度控制---送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的是連續(xù)脈沖，各相繞組不斷地輪流通電，步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。每輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度是整個(gè)圓周角的1/(ZRN)，因此每分鐘轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的圓周數(shù)，即轉(zhuǎn)速為：

f為控制脈沖的頻率，轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，而與電壓、負(fù)載、溫度等因素?zé)o關(guān)。

2022/12/2154(3)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可按指令進(jìn)行角度控制和速度(4)步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。當(dāng)控制電脈沖停止輸入，讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時(shí)，電機(jī)保持在最后一個(gè)脈沖控制的角位移的終點(diǎn)位置上。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)停車(chē)時(shí)轉(zhuǎn)子定位。綜上所述，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響(允許負(fù)載范圍內(nèi))，也不受環(huán)境條件(溫度、壓力、沖擊、振動(dòng)等)變化的影響，只與控制脈沖同步，同時(shí)它又能按照控制的要求，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)速。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。2022/12/2155(4)步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。當(dāng)控制電脈沖停

二、運(yùn)行特性

1、矩角特性和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩

當(dāng)控制脈沖不斷送入各相繞組按一定程序輪流通電，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就一步步地轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)控制脈沖停止時(shí)，如某些相繞組仍通入恒定不變的電流，轉(zhuǎn)子將固定于某位置保持不動(dòng)，稱(chēng)為靜止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)即使有一個(gè)小的擾動(dòng)使轉(zhuǎn)子偏離此位置，磁拉力也能把轉(zhuǎn)子拉回來(lái)。對(duì)于多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，定子控制繞組可以是一相通電，也可以是幾相同時(shí)通電，下面分別進(jìn)行討論。2022/12/2156二、運(yùn)行特性2022/12/1717①單相通電時(shí)

單相通電時(shí)，通電相極下的齒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這些齒與轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置及所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是相同的，故可以用一對(duì)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置來(lái)表示轉(zhuǎn)子位置，電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩等于通電相極下各個(gè)定子齒所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。失調(diào)角θe

---定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線之間的夾角θe表示為電角度。齒距角θt---一個(gè)齒距對(duì)應(yīng)的電角度則θte=2π。2022/12/2157①單相通電時(shí)失調(diào)角θe---定子齒軸線與轉(zhuǎn)定、轉(zhuǎn)子間的作用力穩(wěn)定平衡---當(dāng)θe=0轉(zhuǎn)子齒軸線和定子齒軸線重合，T=0。位置靜態(tài)轉(zhuǎn)矩---轉(zhuǎn)子偏離轉(zhuǎn)過(guò)某一角度時(shí)，定、轉(zhuǎn)子齒之間的吸力有了切向分量，而形成轉(zhuǎn)矩T。2022/12/2158定、轉(zhuǎn)子間的作用力穩(wěn)定平衡---當(dāng)θe=0轉(zhuǎn)子齒軸線和定子齒T=-(IW)

2ZsZRlG1sinθe

(N·m)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性

矩角特性---步進(jìn)機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩T隨失調(diào)角θe的變化規(guī)律，即T=f(θe)曲線。其形態(tài)近似正弦曲線。靜穩(wěn)定區(qū)最大靜轉(zhuǎn)矩2022/12/2159T=-(IW)2ZsZRlG1sinθe②多相通電時(shí)

多相通電時(shí)的矩角特性近似地由每相各自通電時(shí)的矩角特性疊加起來(lái)求出。以三相步進(jìn)電機(jī)為例。當(dāng)A、B兩相同時(shí)通電時(shí)合成矩角特性應(yīng)為兩者相加，即

TAB=TA+TB=-Tjmaxsinθe-Tjmaxsin(θe-120°)=-Tjmaxsin(θe-60°)是條與A相矩角特性相距120°(即θte/3)的正弦曲線。2022/12/2160②多相通電時(shí)2022/12/1721三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩

(a)矩角特性；(b)轉(zhuǎn)矩向量圖2022/12/2161三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩2022/12/17222、單步運(yùn)行狀態(tài)

指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行方式，或輸入脈沖頻率非常之低，加第二脈沖之前前一步已經(jīng)走完的運(yùn)行狀態(tài)。

①空載運(yùn)行通電順序?yàn)锳→B→C→A，轉(zhuǎn)子停在θe=0的位置上，如果此時(shí)送入一個(gè)控制脈沖，切換為B相繞組通電，矩角特性就移動(dòng)一個(gè)步距角θeb(等于120°)，躍變?yōu)榍€B，θe=120°就成為新的平衡位置。2022/12/21622、單步運(yùn)行狀態(tài)2022/12/1723空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行

2022/12/2163空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行

2022/12/1724②負(fù)載運(yùn)行

當(dāng)電機(jī)帶恒定負(fù)載TL時(shí)若A相通電，轉(zhuǎn)子將停留在失調(diào)角為θea的位置上，當(dāng)θe=θea時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩TA(對(duì)應(yīng)a點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相等，轉(zhuǎn)子處于平衡。送入控制脈沖轉(zhuǎn)換到B相通電，則轉(zhuǎn)子所受的有效轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩TB與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL之差，即圖上的陰影部分。轉(zhuǎn)子在此轉(zhuǎn)矩的作用下轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角120°，由θe=θea轉(zhuǎn)到新的平衡位置θe=θeb。這樣當(dāng)繞組不斷地?fù)Q接時(shí)，電機(jī)也不斷地作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，步距角仍為120°電角度。2022/12/2164②負(fù)載運(yùn)行2022/12/1725負(fù)載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行2022/12/2165負(fù)載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行2022/12/1726③單步運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)的最大負(fù)載

電機(jī)作單步運(yùn)行時(shí)的矩角特性，圖中相鄰兩狀態(tài)矩角特性的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩用Tq表示。相鄰矩角特性的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩Tq是電機(jī)作單步運(yùn)動(dòng)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載，也稱(chēng)為極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。實(shí)際電機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL必須小于極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩才能運(yùn)行，即電機(jī)所帶負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩TL＜Tq。

步距角減少可使相鄰矩角特性位移減少，就可提高極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq，增大電機(jī)的負(fù)載能力。三相六拍時(shí)，矩角特性幅值不變，而步距角小了一半，故極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2022/12/2166③單步運(yùn)行時(shí)帶動(dòng)的最大負(fù)載2022/12/17最大負(fù)載能力的確定2022/12/2167最大負(fù)載能力的確定2022/12/17283、連續(xù)脈沖運(yùn)行

外加脈沖頻率的提高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。在運(yùn)行過(guò)程中具有良好的動(dòng)態(tài)性能是保證控制系統(tǒng)可靠工作的前提。如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)等，并在各種頻率下(各種轉(zhuǎn)速)運(yùn)行，要求電機(jī)的步數(shù)與脈沖數(shù)嚴(yán)格相等，即不丟步也不越步，且轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。保證系統(tǒng)精度。此外，當(dāng)提高使用頻率時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的快速性也是動(dòng)態(tài)性能的重要內(nèi)容之一。所以有必要對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性作一定的分析。2022/12/21683、連續(xù)脈沖運(yùn)行2022/12/1729

矩頻特性---電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的最大輸出轉(zhuǎn)矩T與f兩者間的關(guān)系。當(dāng)控制脈沖頻率增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速升高時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能帶動(dòng)的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩值將逐步下降。主要原因是定子繞組電感的影響。因步進(jìn)電機(jī)每相繞組是線圈，而電感有延緩電流變化的特性。①運(yùn)行矩頻特性2022/12/2169矩頻特性---電三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)

1、驅(qū)動(dòng)電源

專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電源和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一個(gè)有機(jī)整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電源二者配合的綜合表現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)電源方框圖2022/12/2170三、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電源方框圖2022/12/1731

變頻信號(hào)源是一個(gè)頻率從數(shù)十赫茲到幾萬(wàn)赫茲左右的連續(xù)可變的脈沖信號(hào)發(fā)生器。

脈沖分配器是由門(mén)電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號(hào)按一定的邏輯關(guān)系加到放大器上，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按一定的運(yùn)行方式運(yùn)轉(zhuǎn)。

功率放大電路用放大后的信號(hào)去驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。環(huán)形分配器輸出的電流只有幾毫安，一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)需要幾個(gè)到幾十個(gè)安培的電流。功放電路種類(lèi)很多，它們對(duì)電機(jī)性能的影響也各不相同。通常驅(qū)動(dòng)電源就以功率放大器的型式進(jìn)行分類(lèi)。2022/12/2171變頻信號(hào)源是一個(gè)頻率從數(shù)十赫茲到幾萬(wàn)赫2、驅(qū)動(dòng)電路單極性驅(qū)動(dòng)：是一個(gè)頻率從數(shù)十赫茲到幾萬(wàn)赫茲左右的連續(xù)可變的脈沖信號(hào)發(fā)生器。雙極性驅(qū)動(dòng)：驅(qū)動(dòng)電路采用H橋結(jié)構(gòu)，效率高特別適合大功率步進(jìn)電機(jī)（1KW）。高低壓驅(qū)動(dòng)：開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)用高電壓，縮短電流上升和下降的時(shí)間；導(dǎo)通器件采用低電壓維持繞組電流。斬波恒流驅(qū)動(dòng)：采用比較器，使相繞組上的電流基本為一恒定值。2022/12/21722、驅(qū)動(dòng)電路2022/12/1733細(xì)分控制：步距角再細(xì)分至幾十甚至百倍，提高進(jìn)度和運(yùn)行平穩(wěn)性。

方法是增加多相繞組同時(shí)導(dǎo)電的時(shí)間，同時(shí)控制各項(xiàng)繞組中電流的大小（一般為階梯波），不同空間位置的不同合成磁勢(shì)，轉(zhuǎn)的步距變小。可采用微處理器斬波恒流細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路。202