《控制電機(jī)》配套PPT課件及習(xí)題答案

《控制電機(jī)》配套PPT課件及習(xí)題答案,控制電機(jī),控制,電機(jī),配套,PPT,課件,習(xí)題,答案 第第4章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 4.1 概述概述 4.2 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理 4.3 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性 4.4 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性 4.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型及主要性能指標(biāo)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型及主要性能指標(biāo) 4.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源4.1 概述概述步進(jìn)電動(dòng)機(jī)將輸入的脈沖電信號(hào)變換為階躍的角位移或直線位移，給一個(gè)脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)前進(jìn)一步，因此稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。（1）控制系統(tǒng)對(duì)的基本要求）控制系統(tǒng)對(duì)的基本要求 在電脈沖的控制下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能迅速起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和停車，調(diào)速范圍寬廣；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角要小，步距精度要高，不丟步不越步；工作頻率高、響應(yīng)速度快。（2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的分類按其工作方式不同，可分為功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和和伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩類。按勵(lì)磁方式的不同，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為反應(yīng)式反應(yīng)式、永磁式永磁式和和感應(yīng)子式感應(yīng)子式三類。4.2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)定子鐵心定子鐵心 定子鐵心為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片迭壓而成。在面向氣隙的定子鐵心表面有齒距相等的小齒。圖4-1 四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子繞組定子繞組 定子每極上套有一個(gè)集中繞組，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子上只有齒槽沒(méi)有繞組，系統(tǒng)工作要求不同，轉(zhuǎn)子齒數(shù)也不同。4.2 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理4.2.2 工作原理工作原理1.工作原理工作原理以四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例。定子有八個(gè)極，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)成一相，構(gòu)成四相；轉(zhuǎn)子六個(gè)齒，齒寬等于定子極靴的寬度。（a）A相通電（b）C相通電（c）B相通電（d）D相通電圖4-2 四相單四拍運(yùn)行A相繞組通電，在磁阻轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子齒1和4的軸線與定子A極軸線對(duì)齊；斷開(kāi)A相接通C相，轉(zhuǎn)子齒3和6的軸線與C極軸線對(duì)齊，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)15；斷開(kāi)C相接通B相，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)15；斷開(kāi)B相接通D相，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)15。經(jīng)過(guò)一個(gè)通電循環(huán)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角齒距角。四相單四拍四相單四拍每次只接通一相繞組的四相供電方式稱為四相單四拍。四相雙四拍四相雙四拍（圖）每次同時(shí)接通兩相繞組，如ACCBBDDA，也是四拍一個(gè)循環(huán)，則稱為四相雙四拍。雙拍運(yùn)行與單拍運(yùn)行時(shí)步距角相同，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩一般會(huì)增加。四相八拍四相八拍AACCCBBBDDDA。步距角變?yōu)樵瓉?lái)的二分之一。2.運(yùn)行方式運(yùn)行方式 拍和步距角拍和步距角電機(jī)通電方式變換一次，稱為一拍。每一拍轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，稱為步距角 。如何使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)？4.2.2 工作原理工作原理（圖）（圖）如圖轉(zhuǎn)子上共有50個(gè)齒，齒距角定子極距為 個(gè)齒。3.實(shí)用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)如何減小步距角？增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)，同時(shí)在定子極面上開(kāi)槽，定、轉(zhuǎn)子的齒形要相同。圖4-1 四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)滿足4.2.2 工作原理工作原理 四相單四拍運(yùn)行四相單四拍運(yùn)行通電方式為ACBD。A相繞組通電，轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極A上的齒軸線對(duì)齊；斷開(kāi)A相接通C相，在磁阻轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)四分之一齒距角（1.8），使轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極C下的齒軸線對(duì)齊；。圖4-4 A相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置 每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)14齒距角。四步完成一個(gè)循環(huán)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)7.2 4.2.2 工作原理工作原理 四相八拍運(yùn)行四相八拍運(yùn)行 通電方式為AACCCBBBDDDA。A相繞組通電，轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極A上的齒軸線對(duì)齊；圖4-5 A、C兩相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置A、C兩相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蛑晦D(zhuǎn)過(guò)1/8齒距角（0.9）；。每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)18齒距角。四相八拍運(yùn)行時(shí)的步距角是四相四拍運(yùn)行時(shí)的一半。四相雙四拍運(yùn)行四相雙四拍運(yùn)行通電方式為ACCBBDDA。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。4.2.2 工作原理工作原理4.2.3基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)1每相脈沖每相脈沖頻頻率率 步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)框圖步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)框圖 脈沖電源環(huán)形分配器放大器步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖4-6 脈沖控制方框圖“環(huán)形分配器”按給定規(guī)律分配輸入脈沖。對(duì)于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，環(huán) 形分配器是一路輸入，三路輸出。三相單三拍運(yùn)行時(shí)，第一個(gè)電脈沖分給A相；第二個(gè)電脈沖分給B 相；第三個(gè)電脈沖分給C相，完成一個(gè)循環(huán)。三相雙三拍運(yùn)行時(shí)各相驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖。圖4-7 三相單三拍驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖每個(gè)循環(huán)包含的通電狀態(tài)數(shù)稱為“拍數(shù)”。拍數(shù)可等于相數(shù)或相數(shù)的二倍。每相脈沖每相脈沖頻頻率率 每循環(huán)一次，控制電脈沖的個(gè)數(shù)總等于拍數(shù)N，而加在每相繞組上的脈沖電壓的個(gè)數(shù)卻等于1。若控制電脈沖頻率為 ，每相脈沖頻率用 表示，則 4.2.2 工作原理工作原理2步距角步距角每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角，用符號(hào) 表示。步距角為（機(jī)械角度）N為運(yùn)行拍數(shù)，m為電機(jī)相數(shù)。步距角與拍數(shù)N及轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zt有關(guān)。減小步距角，可提高控制精度。在一個(gè)齒距內(nèi)磁場(chǎng)變化一個(gè)周期，用電角度表示時(shí)，一個(gè)齒距就對(duì)應(yīng)360電角度（或 電弧度)。用電角度（或電弧度）表示的齒距角為 。用電角度表示時(shí)，步距角為（電角度）（電弧度）或 用電角度表示步距角時(shí)，步距角與轉(zhuǎn)子齒數(shù)無(wú)關(guān)。4.2.2 工作原理工作原理3轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)整個(gè)圓周角的 ，即轉(zhuǎn)過(guò) 轉(zhuǎn)。所以轉(zhuǎn)速為 f 為控制脈沖的頻率，即每秒輸入的脈沖數(shù)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，與電源電壓、負(fù)載、溫度等因素?zé)o關(guān)。改變脈沖頻率可以改變轉(zhuǎn)速，故可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速還可用步距角表示改變通電順序，可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)向。4.2.2 工作原理工作原理4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有自鎖能力步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有自鎖能力當(dāng)控制電脈沖停止輸入，而讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通入直流電時(shí)，則電機(jī)轉(zhuǎn)子可以保持在固定的位置上，即停在最后一個(gè)脈沖控制的角位移的終點(diǎn)位置上。這樣，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)停轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)子定位。4.2.2 工作原理工作原理規(guī)定定子、轉(zhuǎn)子齒軸線重合的位置為靜態(tài)空載情況下的初始穩(wěn)定平衡位置，而轉(zhuǎn)子偏離初始穩(wěn)定平衡位置的電角度稱為失調(diào)角 。4.3 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性 靜止?fàn)顟B(tài)步靜止?fàn)顟B(tài)步 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一相或幾相通入恒定不變的直流電流，這時(shí)轉(zhuǎn)子將固定于某一位置上保持不動(dòng)，稱為靜止?fàn)顟B(tài)。失調(diào)角失調(diào)角 圖4-9 初始平衡位置與失調(diào)角在靜止?fàn)顟B(tài)下，電磁轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角之間的函數(shù)關(guān)系 ，稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性。靜態(tài)特性靜態(tài)特性 單相通電時(shí)，通電相極下所有齒都產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，由于同一相極下所有定子齒和轉(zhuǎn)子齒相對(duì)應(yīng)的位置都相同，因而電機(jī)總轉(zhuǎn)矩為通電相極下各定子齒所產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩之和。4.3.1 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩靜態(tài)轉(zhuǎn)矩TA相通電時(shí)，有在dt時(shí)間內(nèi)輸入的電能為4.3 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)特性式中第一部分 為電阻損耗；第二部分 為磁場(chǎng)儲(chǔ)能，是電機(jī)對(duì)外做功的能源。電磁轉(zhuǎn)矩T驅(qū)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)偏轉(zhuǎn)角 時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)對(duì)外輸出的機(jī)械能 ，從能量平衡關(guān)系 即靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為在線性系統(tǒng)中若控制繞組中的電流I為常數(shù)，每相控制繞組是兩個(gè)極上繞組串接而成，且每極繞組的匝數(shù)為N，則 4.3.1 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 為每極控制繞組的磁動(dòng)勢(shì)；為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；為氣隙磁導(dǎo)對(duì)失調(diào)角的變化率。氣隙磁導(dǎo) 可表示為 為氣隙比磁導(dǎo)；為定子每極下的小齒數(shù)；為鐵心長(zhǎng)度。圖4-10 氣隙比磁導(dǎo)定義圖4.3.1 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩靜態(tài)轉(zhuǎn)矩氣隙比磁導(dǎo)的大小和齒的形狀、齒寬與齒距之比、氣隙與齒距之比及齒部的飽和度有關(guān)，且是失調(diào)角的周期性函數(shù)，其周期為齒距 。用傅氏級(jí)數(shù)表示為 忽略高次諧波影響影響時(shí)，氣隙比磁導(dǎo)為由此可得靜態(tài)轉(zhuǎn)矩T是失調(diào)角 的正弦函數(shù)，它的作用總是使轉(zhuǎn)子位置趨向于失調(diào)角為零；在結(jié)構(gòu)一定且磁路不飽和的條件下靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的大小與I2成正比。4.3.1 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 為最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩。最大靜轉(zhuǎn)矩直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載的能力和性能，是重要的性能指標(biāo)之一。4.3.2 矩角特性矩角特性矩角特性是控制繞組通電狀態(tài)不變時(shí)，電磁轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角的關(guān)系，即靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系 。1.單相控制的矩角特性單相控制的矩角特性圖4-11 單相控制的矩角特性2.多相通電時(shí)的矩角特性多相通電時(shí)的矩角特性一般來(lái)說(shuō)，多相通電時(shí)的矩角特性以及最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與單相通電時(shí)不同。多相通電時(shí)的矩角特性可近似地由每相各自通電時(shí)的矩角特性疊加起來(lái)求出。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)兩相通電時(shí)（如三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)兩相通電時(shí)（如A、B兩相）的矩角特性兩相）的矩角特性圖4-12 A相、B相定子齒相對(duì)轉(zhuǎn)子齒的位置設(shè)A通電時(shí)，距角特性為則B通電時(shí)，距角特性為4.3.2 矩角特性矩角特性當(dāng)A、B兩相同時(shí)通電時(shí)合成矩角特性應(yīng)為 （a）矩角特性 （b）轉(zhuǎn)矩矢量圖 圖4-13 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相、兩相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩它是一條幅值不變、相移60的正弦曲線。4.3.2 矩角特性矩角特性五相步進(jìn)電機(jī)的單相、二相、三相通電時(shí)矩角特性五相步進(jìn)電機(jī)的單相、二相、三相通電時(shí)矩角特性 圖4-l4 五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相、二相、三相通電時(shí)的矩角特性 圖4-15 五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩矢量圖 二相和三相通電時(shí)矩角特性相對(duì)A相矩角特性分別移動(dòng)了36和72，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值兩者相等。因此，五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可采用二相三相運(yùn)行方式。4.3.2 矩角特性矩角特性 m相電機(jī)，相電機(jī)，n相同時(shí)通電時(shí)的矩角特性相同時(shí)通電時(shí)的矩角特性 n相同時(shí)通電時(shí) 為單拍制運(yùn)行方式時(shí)的步距角；4.3.2 矩角特性矩角特性例如五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值為三相通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值為應(yīng)當(dāng)注意，最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 與控制繞組中電流的平方成正比，其前提條件是磁路不飽和，實(shí)際上當(dāng)電流達(dá)到一定數(shù)值后，磁路開(kāi)始飽和，正比關(guān)系被破壞，隨I增大，增大得越來(lái)越慢。圖4-l6 最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與控制電流的關(guān)系4.3.2 矩角特性矩角特性不穩(wěn)定平衡點(diǎn)不穩(wěn)定平衡點(diǎn) 在 ，雖然也有 ，但 或 后，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與 的方向一致，驅(qū)使轉(zhuǎn)子背離穩(wěn)定平衡點(diǎn)，故 的位置稱為不穩(wěn)定平衡點(diǎn)。穩(wěn)定平衡點(diǎn)穩(wěn)定平衡點(diǎn) 當(dāng) 時(shí)，該位置稱為穩(wěn)定平衡點(diǎn)。靜穩(wěn)定區(qū)靜穩(wěn)定區(qū) 在 區(qū)間內(nèi)，與 方向相反，總是阻止 變化，若由于外力矩使轉(zhuǎn)子偏離穩(wěn)定平衡點(diǎn)，只要在上述范圍內(nèi)，一旦去掉外力，轉(zhuǎn)子就能在靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的作用下返回到穩(wěn)定平衡點(diǎn)。區(qū)間 稱為靜穩(wěn)定區(qū)。4.3.3 靜穩(wěn)定區(qū)靜穩(wěn)定區(qū)4.4 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性是指脈沖電壓按一定的分配方式加到各控制繞組上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所具有的特性。脈沖頻率不同，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能也不同。分為三個(gè)區(qū)段分析：脈沖頻率極低的步進(jìn)運(yùn)行 高頻率脈沖的連續(xù)運(yùn)行 介于上述兩段脈沖頻率之間的運(yùn)行當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)處于矩角特性曲線“n”所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，輸入一個(gè)脈沖，使其控制繞組改變通電狀態(tài)，矩角特性向前躍移一個(gè)步距角 ，穩(wěn)定平衡點(diǎn)也由0變?yōu)?，相對(duì)應(yīng)的靜穩(wěn)定區(qū)為 。在改變通電狀態(tài)時(shí)，只有當(dāng)轉(zhuǎn)子起始位置在此區(qū)間，才能使它向 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到該穩(wěn)定平衡位置。因此把區(qū)域 稱 為動(dòng)穩(wěn)定區(qū)。1.動(dòng)穩(wěn)定區(qū)和穩(wěn)定裕度動(dòng)穩(wěn)定區(qū)和穩(wěn)定裕度動(dòng)穩(wěn)定區(qū)動(dòng)穩(wěn)定區(qū) 是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從一種通電狀態(tài)切換到另一種通電狀態(tài)，不至引起失步的區(qū)域。4.4.1 步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性控制電脈沖的間隔時(shí)間大于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)過(guò)渡過(guò)程所需的時(shí)間，稱為步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)。穩(wěn)定裕度穩(wěn)定裕度 把矩角特性曲線“n”的穩(wěn)定平衡點(diǎn)0離開(kāi)曲線(n+1)的不穩(wěn)定平衡點(diǎn)的距離 ，稱為“穩(wěn)定裕度”。穩(wěn)定裕度為 為單拍制運(yùn)行時(shí)的步距角?？梢?jiàn)，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)必須大于2。4.4.1 步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性2.最大負(fù)載能力（起動(dòng)轉(zhuǎn)矩）最大負(fù)載能力（起動(dòng)轉(zhuǎn)矩）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在步進(jìn)運(yùn)行時(shí)所能帶動(dòng)的最大負(fù)載，可由相鄰兩條矩角特性交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 來(lái)確定。圖4-18 最大負(fù)載能力的確定情況情況1：負(fù)載轉(zhuǎn)矩 時(shí)，A相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子處于a點(diǎn)；改由B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子穩(wěn)定后位于b點(diǎn)，前進(jìn)一步。情況情況2：負(fù)載轉(zhuǎn)矩 時(shí)，A相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子處于a”點(diǎn)；改由B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子不能前進(jìn)。若矩角特性為幅值相同的正弦波，則只有拍數(shù)N 2時(shí)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 大于零。4.4.1 步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性自由振蕩過(guò)程自由振蕩過(guò)程 繞組由A相通電到B相通電后，轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子位置由 O(a)b c a b c3.轉(zhuǎn)子的自由振蕩過(guò)程轉(zhuǎn)子的自由振蕩過(guò)程步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)，轉(zhuǎn)子是經(jīng)過(guò)一個(gè)振蕩過(guò)程后才穩(wěn)定在平衡位置的。（a）示意圖 （b）振蕩曲線 圖4-1 9 無(wú)阻尼時(shí)轉(zhuǎn)子的自由振蕩A相通電，轉(zhuǎn)子處于失調(diào)角 的位置，對(duì)應(yīng)于原點(diǎn)O；換接到B相通電，穩(wěn)定后轉(zhuǎn)子在 的b點(diǎn)。4.4.1 步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性自由振蕩角頻率 與振蕩的幅值有關(guān)。當(dāng)拍數(shù)很大、步距角很小時(shí)，振蕩的振幅就很小,這時(shí)振蕩的角頻率稱為固有振蕩角頻率，用 表示，理論上可以證明固有振蕩角頻率為 圖4-20 與振蕩的幅值的關(guān)系自由振自由振蕩蕩的幅的幅值值、頻頻率和周期率和周期 自由振蕩的幅值為步距角 。若振蕩角頻率用 表示，相應(yīng)的振蕩頻率和周期為，隨著拍數(shù)減少，步距角增大，自由振蕩的振幅也增大，自由振蕩頻率就降低。比值與振蕩的幅值（即步距角）的關(guān)系如圖4-20所示。4.4.1 步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性衰減振蕩衰減振蕩 由于軸上的摩擦，風(fēng)阻及內(nèi)部電阻尼等存在，單步運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子環(huán)繞平衡位置的振蕩過(guò)程總是衰減的。阻尼作用越大，衰減得越快，最后仍穩(wěn)定于平衡位置附近。必須指出，單步運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的振蕩現(xiàn)象對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行是很不利的，它影響了系統(tǒng)的精度，帶來(lái)了振動(dòng)及噪音。嚴(yán)重時(shí)甚至使轉(zhuǎn)子丟步。為了使轉(zhuǎn)子振蕩衰減得快，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中往往專門(mén)設(shè)置了特殊的阻尼器。圖4-21 阻尼時(shí)轉(zhuǎn)子的衰減振蕩4.4.1 步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性步進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性 在分析靜態(tài)矩角特性時(shí)得最大靜轉(zhuǎn)矩 ，在分析步進(jìn)運(yùn)行時(shí)又得到最大負(fù)載能力 。4.4.2 連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在輸入脈沖頻率f較高，其周期比轉(zhuǎn)子振蕩過(guò)渡過(guò)程時(shí)間還短時(shí)，轉(zhuǎn)子作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)行狀態(tài)稱作連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。1.動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)控制脈沖頻率達(dá)到一定數(shù)值之后，頻率再升高，由于定子繞組電感的影響，繞組電流的波形由低頻時(shí)的近似矩形波變?yōu)楦哳l時(shí)的近似三角波，其幅值和平均值都較小，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩大大下降，負(fù)載能力降低。不同控制頻率時(shí)的電流波形此外，控制脈沖頻率升高時(shí)，鐵心中渦流增加，使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩下降。2.運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行矩頻特性當(dāng)控制脈沖頻率達(dá)到一定數(shù)值之后，再增加頻率，由于電感和渦流作用使動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩減小。可見(jiàn)，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩是電源脈沖頻率的函數(shù)，把這種函數(shù)關(guān)系稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)矩-頻率特性，簡(jiǎn)稱為運(yùn)行矩頻特性。矩頻特性表明，在一定控制脈沖頻率范圍內(nèi)，隨頻率升高，電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)速都相應(yīng)地提高，超出該范圍則隨頻率升高轉(zhuǎn)矩下降，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力也逐漸下降，到某一頻率以后，就帶不動(dòng)任何負(fù)載，而且只要受到一個(gè)很小的擾動(dòng)，就會(huì)振蕩、失步以至停轉(zhuǎn)。圖4-22 運(yùn)行矩頻特性 4.4.2 連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性 。例如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)70BF03，其空載運(yùn)行頻率，Hz額定負(fù)載運(yùn)行頻率為 Hz。最高連續(xù)運(yùn)行頻率是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的重要技術(shù)指標(biāo)。最高連續(xù)運(yùn)行頻率與負(fù)載的大小有關(guān)，一般分空載運(yùn)行頻率，和額定負(fù)載運(yùn)行頻率 。3.最高連續(xù)運(yùn)行頻率最高連續(xù)運(yùn)行頻率當(dāng)控制電源的脈沖頻率連續(xù)提高時(shí)，在一定性質(zhì)和大小的負(fù)載下，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能正常連續(xù)運(yùn)行時(shí)（不丟步、不失步）所能加到的最高頻率稱為最高連續(xù)運(yùn)行頻率最高連續(xù)運(yùn)行頻率或最高跟蹤頻率。4.4.2 連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性4.低頻共振和低頻丟步現(xiàn)象低頻共振和低頻丟步現(xiàn)象低頻丟步現(xiàn)象低頻丟步現(xiàn)象 是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低頻運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)步數(shù)少于給定脈沖數(shù)的現(xiàn)象。是否丟步與下一脈沖到來(lái)時(shí)轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)。不同脈沖頻率時(shí)轉(zhuǎn)子的位置如圖4-23所示。圖4-23 不同脈沖周期的轉(zhuǎn)子位置4.4.2 連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性低頻丟步的物理過(guò)程低頻丟步的物理過(guò)程 以三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例。正常情況正常情況 A a0B b0C c0丟步情況丟步情況A a0經(jīng)BCA三個(gè)脈沖后轉(zhuǎn)子仍在a0點(diǎn)，丟，丟3步。步。圖4-24 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低頻丟步如果阻尼作用比較強(qiáng)，那么電機(jī)振蕩衰減得比較快，轉(zhuǎn)子振蕩回?cái)[的幅值就比較小，轉(zhuǎn)子對(duì)應(yīng)于R點(diǎn)的位置如果處在動(dòng)穩(wěn)定區(qū)之內(nèi)，電磁轉(zhuǎn)矩就是正的，電機(jī)就不會(huì)失步。另外拍數(shù)越多，步距角越小，動(dòng)穩(wěn)定區(qū)接近靜穩(wěn)定區(qū)，這樣也可以消除低頻失步。4.4.2 連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性低頻共振現(xiàn)象低頻共振現(xiàn)象 當(dāng)控制脈沖頻率等于轉(zhuǎn)子振蕩頻率的1K倍時(shí)，如果阻尼作用不強(qiáng)，即使電機(jī)不發(fā)生低頻失步，也會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，這就是步進(jìn)電機(jī)低頻共振現(xiàn)象。圖4-25表示K=2時(shí)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可見(jiàn)具有明顯的振蕩特性。共振時(shí)，電機(jī)就會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈振動(dòng)，甚至失步而無(wú)法工作，所以一般不容許電機(jī)在共振頻率下運(yùn)行。如果采用較多拍數(shù)，再加上一定的阻尼和干摩擦負(fù)載，電機(jī)振動(dòng)的振幅可以減小，并能穩(wěn)定運(yùn)行。圖4-25 低頻共振時(shí)的轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)規(guī)律4.4.2 連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性5.高頻振蕩高頻振蕩高頻振蕩高頻振蕩是指脈沖電壓的頻率達(dá)到相當(dāng)高時(shí)，電機(jī)出現(xiàn)明顯的振蕩現(xiàn)象。如果脈沖頻率快速越過(guò)這一頻段達(dá)到更高值時(shí)，電動(dòng)機(jī)仍能繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。高頻振蕩的原因高頻振蕩的原因是由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定、轉(zhuǎn)子上有齒槽存在，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中在控制繞組中感應(yīng)一個(gè)交變電動(dòng)勢(shì)和交流電流，產(chǎn)生一個(gè)對(duì)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)起制動(dòng)作用的電磁轉(zhuǎn)矩。該轉(zhuǎn)矩將隨著轉(zhuǎn)速的上升而下降，即具有負(fù)阻尼性質(zhì)，因而使轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)有產(chǎn)生自發(fā)振蕩的性質(zhì)。在嚴(yán)重的情況下，電動(dòng)機(jī)要失步甚至停轉(zhuǎn)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)鐵心表面的附加損耗和轉(zhuǎn)子對(duì)空氣的摩擦損耗等形成阻尼轉(zhuǎn)矩，它隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大，若與電磁阻尼轉(zhuǎn)矩配合恰當(dāng)，則電機(jī)總的內(nèi)阻尼轉(zhuǎn)矩特性可能不出現(xiàn)負(fù)阻尼區(qū)，高頻振蕩現(xiàn)象也就不會(huì)出現(xiàn)。4.4.2 連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)時(shí)的動(dòng)態(tài)特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)性能用起動(dòng)矩頻特性、起動(dòng)慣頻特性和起動(dòng)頻率來(lái)描述。1.起動(dòng)矩頻特性起動(dòng)矩頻特性起動(dòng)矩頻特性起動(dòng)矩頻特性 在給定驅(qū)動(dòng)電源的條件下，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一定時(shí)，起動(dòng)頻率 與負(fù)載轉(zhuǎn)矩 的函數(shù)關(guān)系 ，稱作起動(dòng)矩頻特性。圖4-26 起動(dòng)矩頻特性轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一定時(shí)，隨著負(fù)載的增加，其起動(dòng)頻率是下降的。4.4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性2.起動(dòng)慣頻特性起動(dòng)慣頻特性起動(dòng)慣頻特性起動(dòng)慣頻特性 在給定驅(qū)動(dòng)電源的條件下，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，起動(dòng)頻率 與負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 的函數(shù)關(guān)系 ，稱作起動(dòng)慣頻特性。負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的增加，起動(dòng)頻率也是下降的。圖4-27 起動(dòng)慣頻特性4.4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性3.起動(dòng)頻率起動(dòng)頻率電機(jī)正常起動(dòng)時(shí)（不丟步、不失步）所能加的最高控制頻率稱為起動(dòng)起動(dòng)頻率或突跳頻率頻率或突跳頻率。起動(dòng)頻率與負(fù)載大小有關(guān)，因而指標(biāo)分空載起動(dòng)頻率 和負(fù)載起動(dòng)頻率 。比 低得多。例如，70BF03步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，Hz，在0.1176 N.m的負(fù)載下起動(dòng)頻率 Hz。增大電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩；提高起動(dòng)頻率的措施提高起動(dòng)頻率的措施 減小轉(zhuǎn)動(dòng)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；增加拍數(shù)，減小步距角。4.4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)特性4.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型及主要性能指標(biāo)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型及主要性能指標(biāo)4.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型1.多段反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多段反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 軸向磁路多段式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖4-28所示。定、轉(zhuǎn)子鐵心均沿電機(jī)軸向按相數(shù)分段，每一組定子鐵心放置一相環(huán)形的控制繞組。定、轉(zhuǎn)子圓周上沖有形狀和數(shù)量相同的小齒。定子鐵心（或轉(zhuǎn)子鐵心）每相鄰兩段錯(cuò)開(kāi)1/m齒距。特點(diǎn)特點(diǎn) 定子空間利用率較好，環(huán)形控制繞組繞制較方便；轉(zhuǎn)子的慣量較低；步距角也可以做得較小，起動(dòng)和運(yùn)行頻率較高。但是在制造時(shí)，鐵心分段和錯(cuò)位工藝較復(fù)雜，精度不易保證。圖4-28 多段式軸向磁路反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1-線圈；2-定子；3-轉(zhuǎn)子；4-引線4.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子上有兩相或多相繞組，轉(zhuǎn)子為一對(duì)或幾對(duì)極的星形磁鋼，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子每相的極數(shù)相同。2.永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖4-29 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作原理工作原理 當(dāng)定子繞組按AB(-A)(-B)輪流通直流脈沖時(shí)，轉(zhuǎn)子依次轉(zhuǎn)過(guò)45，一個(gè)循環(huán)轉(zhuǎn)過(guò)180，步距角為45。特點(diǎn)特點(diǎn) 步距角大；起動(dòng)頻率較低；控制功率小；在斷電情況下有定位轉(zhuǎn)矩；有強(qiáng)的內(nèi)阻尼力矩；要求電源供給正負(fù)脈沖，使電源的變得復(fù)雜。結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 兩相感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子結(jié)構(gòu)與單段反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相同，1、3、5、7極上的控制繞組串聯(lián)為A相，2、4、6、8極上的控制繞組串聯(lián)為B相。轉(zhuǎn)子是由環(huán)形磁鐵和兩端鐵心組成。兩端轉(zhuǎn)子鐵心上沿外圓周開(kāi)有小齒，兩端鐵心上的小齒彼此錯(cuò)過(guò)1/2齒距。定、轉(zhuǎn)子齒數(shù)的配合與單段反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相同。3.感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖4-30 感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型工作原理工作原理 轉(zhuǎn)子磁鋼充磁后，A端為N極，B端為S極；A相通電時(shí)，定子1、3、5、7極上的極性為N、S、N、S。定子磁極1和5上的齒在A端則與轉(zhuǎn)子槽對(duì)齊，磁極3和7上的齒與A端上的轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊；B相通電時(shí)，由于B相四個(gè)極（2、4、6、8極）上的齒與轉(zhuǎn)子齒都錯(cuò)開(kāi)1/4齒距，轉(zhuǎn)子前進(jìn)1/4齒距；由于定子同一個(gè)極的兩端極性相同，轉(zhuǎn)子兩端極性相反，但錯(cuò)開(kāi)半個(gè)齒距，所以當(dāng)轉(zhuǎn)子偏離平衡位置時(shí)，兩端作用轉(zhuǎn)矩的方向是一致的。4.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型或 （電角度）當(dāng)定子各相繞組按順序通以直流脈沖時(shí)，其步距角為（機(jī)械角）特點(diǎn)特點(diǎn) 步距角?。黄饎?dòng)和運(yùn)行頻率高；效率高；具有定位轉(zhuǎn)矩。兼有反應(yīng)式和永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)。但是它需要有正、負(fù)電脈沖供電，并且在制造時(shí)比較復(fù)雜。4.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型4.直線和平面式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直線和平面式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在控制脈沖作用下，直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)做直線運(yùn)動(dòng)，平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)做平面運(yùn)動(dòng)。直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子：形極片；永久磁鐵；控制繞組。動(dòng)子：軟磁材料開(kāi)槽。位置關(guān)系：a和c間為1.5t a和a間為kt a和d間為（k+1/4）t 圖4-31 直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1-永久磁鐵；2-形極片；3-控制繞組4.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型A相正向通電相正向通電 中磁通加強(qiáng)，中磁通削弱 轉(zhuǎn)子位置如圖a）；B相正向通電相正向通電 中磁通加強(qiáng)，中磁通削弱 轉(zhuǎn)子位置如圖b）；A相反向通電相反向通電 中磁通加強(qiáng)，中磁通削弱 轉(zhuǎn)子位置如圖c）；B相反向通電相反向通電 中磁通加強(qiáng)，中磁通削弱 轉(zhuǎn)子位置如圖d）；圖4-31 直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1-永久磁鐵；2-形極片；3-控制繞組要使動(dòng)子向左移動(dòng)，將上述四個(gè)階段的通電順序倒過(guò)來(lái)即可。4.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 平面式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可看作是兩個(gè)直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的組合。定子為一塊平板，其上開(kāi)有X軸和Y軸方向的齒槽。定子齒排成方格形，槽中注入環(huán)氧樹(shù)脂；動(dòng)子由兩臺(tái)上述這樣的直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)組成。它們分別保證動(dòng)子沿互相垂直的X軸和Y軸移動(dòng)。這樣，只要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂瞥绦颍枰援a(chǎn)生一定的脈沖信號(hào)，就可以使動(dòng)子在XY平面上作任意幾何軌跡的運(yùn)動(dòng)，并定位在平面上任何一點(diǎn)。圖4-32平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1-平臺(tái)；2-磁鋼；3-磁極平面步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用氣墊裝置，將動(dòng)子支承起來(lái)，使動(dòng)子移動(dòng)時(shí)，不與定子直接接觸，因而無(wú)摩擦，且慣性小、噪音低、可快速移動(dòng)。4.5.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的其它類型4.5.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)1.最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩 最大靜轉(zhuǎn)矩 是指在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉(zhuǎn)矩最大值。通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中所規(guī)定的最大靜轉(zhuǎn)矩是指一相繞組通上額定電流時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩值。按最大靜轉(zhuǎn)矩的大小可把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。伺服步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩較小，有時(shí)需要經(jīng)過(guò)液壓力矩放大器或伺服功率放大系統(tǒng)放大后再去帶動(dòng)負(fù)載。而功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可直接帶動(dòng)負(fù)載，使系統(tǒng)簡(jiǎn)化，傳動(dòng)精度提高。2.步距角步距角 步距角 是指輸入一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。步距角的大小直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率。相同尺寸的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，步距角小的起動(dòng)、運(yùn)行頻率較高。3.靜態(tài)步距角誤差靜態(tài)步距角誤差靜態(tài)步距角誤差靜態(tài)步距角誤差 是指實(shí)際步距角與理論步距角之間的差值，常用理論步距角的百分?jǐn)?shù)或絕對(duì)值來(lái)表示。4.起動(dòng)頻率和起動(dòng)頻率特性起動(dòng)頻率和起動(dòng)頻率特性起動(dòng)頻率起動(dòng)頻率 是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠不失步起動(dòng)的最高脈沖頻率。技術(shù)數(shù)據(jù)中給出空載和負(fù)載起動(dòng)頻率。實(shí)際使用時(shí)，大多是在負(fù)載情況下起動(dòng)，所以又給出起動(dòng)的矩頻特性，以便確定負(fù)載起動(dòng)頻率。5.運(yùn)行頻率和運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行頻率和運(yùn)行矩頻特性運(yùn)行頻率運(yùn)行頻率 是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的最高頻率。通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中也給出空載和負(fù)載運(yùn)行頻率，運(yùn)行頻率的高低與負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩的大小有關(guān)，所以又給出了運(yùn)行矩頻特性。4.5.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)4.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)電源是一個(gè)相互聯(lián)系的整體。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能是由電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電源兩者配合所反映出來(lái)的綜合效果。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源，基本上包括變頻信號(hào)源、脈沖分配器和脈沖放大器三個(gè)部分。圖4-33 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源方框圖按脈沖的供電方式來(lái)分有：?jiǎn)我浑妷盒碗娫?；高、低壓切換型電源；電流控制的高、低壓切換型電源；細(xì)分電路電源等。著重介紹常用的單一電壓型和高、低壓切換型兩種電源。1.單一電壓型驅(qū)動(dòng)電源單一電壓型驅(qū)動(dòng)電源單一電壓型電源是最簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)電源，其原理電路如圖4-34所示。為高電平時(shí)VT1導(dǎo)通，繞組通電；為低電平時(shí)VT1關(guān)斷，繞組斷電。圖4-34 單一電壓型驅(qū)動(dòng)電源 作用作用 減小電路的時(shí)間常數(shù) ，這樣可增大動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，提高起動(dòng)和連續(xù)運(yùn)行頻率，并使起動(dòng)和運(yùn)行矩頻特性下降緩慢。C的作用的作用 可強(qiáng)迫控制電流加快上升，使電流波形前沿更陡，改善波形。VD1和和 的作用的作用 形成放電回路，限制功率管VT1上的電壓，保護(hù)功率管。單一電壓型電源線路簡(jiǎn)單、功放元件少、成本低，但效率較低。4.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源2.高、低壓切換型驅(qū)動(dòng)電源高、低壓切換型驅(qū)動(dòng)電源高、低壓切換型電源，其原理電路如圖4-35所示。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的每一相控制繞組需要有兩只功率元件串聯(lián)，它們分別由高壓和低壓兩種不同的電源供電。圖4-35 高、低壓切換型驅(qū)動(dòng)電源 高壓供電是用來(lái)加速電流的上升速度，改善電流波形的前沿，而低壓是用來(lái)維持穩(wěn)定的電流值。的作用調(diào)節(jié)控制繞組的電流值，使各相電流平衡。VD2及 作用是構(gòu)成續(xù)流電路。這種電源效率較高，起動(dòng)和運(yùn)行頻率也比單一電壓型電源要高。4.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源3.電流控制的高、低壓切換電源電流控制的高、低壓切換電源帶有連續(xù)電流檢測(cè)的高、低壓驅(qū)動(dòng)電源是在高、低壓切換型電源的基礎(chǔ)上，多加了一個(gè)電流檢測(cè)控制線路，使高壓部分的電流斷續(xù)加入，以補(bǔ)償因控制繞組的旋轉(zhuǎn)電動(dòng)勢(shì)和相間互感等原因所引起的電流波頂下凹造成的轉(zhuǎn)矩下降。它是根據(jù)主回路電流的變化情況，反復(fù)地接通和關(guān)斷高壓電源，使電流波頂維持在需求的范圍內(nèi)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能得到了顯著的提高，相應(yīng)使起動(dòng)和運(yùn)行頻率升高。因在線路中增加了電流反饋環(huán)節(jié)，使其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本提高。4.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源實(shí)例步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源實(shí)例下面以LQ-1500打印機(jī)字車步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源及控制線路為例，說(shuō)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在實(shí)際工作中的應(yīng)用。打印機(jī)在打印前必須把打印頭移動(dòng)到要求開(kāi)始打印的點(diǎn)上，在打印不同字體的字符時(shí)，又要求打印頭以不同的速度沿著打印紙做出水平移動(dòng)。這些操作都由主CPUZ80通過(guò)從CPU 8042（11 D）控制和驅(qū)動(dòng)字車步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)齒輪、齒皮帶及機(jī)頭小車等傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)完成的。（1）系統(tǒng)的組成 8042是INTEL公司的通用外圍接口（UPI）8位微處理器 13C（PA79C）是一種達(dá)林頓電路堆，具有很高的電流放大系數(shù)。STK6982是一種專門(mén)用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的集成電路。字車步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，有LA、LB、LC、LD四個(gè)控制繞組。4.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源（2）過(guò)程分析）過(guò)程分析驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 以A、B兩相為例。開(kāi)始8042的P21高電平4腳低電平5腳高電平線圈LA通電，回路為VP（+24V）12LA48R1GP（-）；與此同時(shí)，線圈LB無(wú)電流通過(guò)。反之，若8042的P21線輸出低電平，線圈LB 通電而線圈LA無(wú)電流通過(guò)。C、D兩相和A、B兩相類似，由8042的P20來(lái)控制它們的導(dǎo)通，STK6982中的TR8驅(qū)動(dòng)線圈LC，TR7驅(qū)動(dòng)線圈LD。限流限流 在LQ-1500打印機(jī)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每相控制繞組的直流電阻僅4左右，若不加限制，驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)6 A，要求工作電流應(yīng)控制在(0.50.9)A之間。4.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 電流上升回路為VP（+24V）12LA48R1GP（-），電流以最大值為6A的趨勢(shì)快速上升。電流下降回路變?yōu)閂P56電阻D33LA48R1GP（-），此時(shí)線圈LA中的電流下降。線圈LA中的電流限制在0.5A到0.9A之間。保持保持 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)處于鎖定時(shí)，它要求的力矩較小，因此可降低線圈中的電流。這時(shí)8042就在P22端送出一個(gè)高電平到STK6982的引腳HOLD端，即保持端?；芈窞閂P56電阻D33LA48R1GP（-），線圈LA中的電流在0.2 A左右。這里采用了大電流運(yùn)行，小電流保持的工作方式，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須先撤銷這個(gè)保持信號(hào)。4.6步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源四相單四拍四相單四拍A C B D四相雙四拍四相雙四拍ACCB BD DA 四相單八拍四相單八拍 A AC C CB B BD D DA 圖4-30 感應(yīng)子式永磁步進(jìn)電動(dòng)機(jī)圖4-31 直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1-永久磁鐵；2-形極片；3-控制繞組圖4-36 字車步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 圖 4-37 STK6982