步进电机-ppt课件资料.ppt

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1、11.3 11.3 步进电动机步进电动机11.3 11.3 步进电动机步进电动机 步进电动机（脉冲电动机）步进电动机（脉冲电动机）-将脉冲电信号变换为相应将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移的电机，即的角位移或直线位移的电机，即给一个脉冲电信号，电动机给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步就转动一个角度或前进一步，角位移与脉冲数成正比，转速角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比与脉冲频率成正比，转向与各相绕组的通电方式有关转向与各相绕组的通电方式有关。特点：特点：在负载能力范围内在负载能力范围内不因电源电压不因电源电压、负载大小负载大小、环环境条件境条件的波动而变化的波动而变

2、化；适用适用开环系统开环系统中作执行元件，使控制中作执行元件，使控制系统大为简化系统大为简化；步进电动机可在很宽的范围内通过改变脉冲步进电动机可在很宽的范围内通过改变脉冲频率调速；能够频率调速；能够快速启动、反转和制动快速启动、反转和制动。很适合微型机控制，。很适合微型机控制，是数字控制系统中的一种执行元件。是数字控制系统中的一种执行元件。2023/2/24111.3 11.3 步进电动机步进电动机 应用应用：数控机床、绘图机、数控机床、绘图机、轧钢机、记录仪等方面。轧钢机、记录仪等方面。基本要求：基本要求：(1)(1)能迅速启动、正反转、停转，在很宽的能迅速启动、正反转、停转，在很宽的范围内

3、调速；范围内调速；(2)(2)要求一个脉冲对应的位移量小，步距小精要求一个脉冲对应的位移量小，步距小精度高，不得丢步或越步；度高，不得丢步或越步；(3)(3)输出转矩大，直接带负载。输出转矩大，直接带负载。分类：分类：按励磁方式分为按励磁方式分为反应式反应式、永磁式和感应子式。永磁式和感应子式。反应式步进电动机用得多，反应式步进电动机用得多，结构简单，结构简单，故着重讲述。故着重讲述。2023/2/24211.3 11.3 步进电动机步进电动机一、工作原理和特点一、工作原理和特点 1 1、结构、结构 定子定子铁心由硅钢片叠成，铁心由硅钢片叠成，定子有定子有8 8个磁极个磁极(大齿大齿)，磁极，

4、磁极上有小齿。有上有小齿。有4 4套定子控制绕套定子控制绕组，绕在径向相对的磁极上组，绕在径向相对的磁极上的绕组为一相。的绕组为一相。转子转子由叠片由叠片铁心构成，沿圆周有很多小铁心构成，沿圆周有很多小齿。定子磁极和转子上小齿齿。定子磁极和转子上小齿的齿距必须相等。的齿距必须相等。四相反应式步进电动机四相反应式步进电动机2023/2/24311.3 11.3 步进电动机步进电动机 2 2、工作原理、工作原理 反反应应式式步步进进电电机机是是利利用用凸凸极极转转子子横横轴轴磁磁阻阻与与直直轴轴磁磁阻阻之之差差所所引引起起的的反反应应转转矩矩而而转转动动的的。以以三三相相反反应应式式步步进进电电机

5、机为为例例-定定子子6 6极极不不带带小小齿齿，每每两两个个相相对对的的极极上上绕绕有有一一相相控控制制绕组，转子绕组，转子4 4个齿，齿宽等于定子的极靴宽。个齿，齿宽等于定子的极靴宽。三相单三拍运行三相单三拍运行 三三相相-指指步步进进电电机机具具有有三三相相定定子子绕绕组组；单单-指指每每次次只只有有一一相相绕绕组组通通电电；三三拍拍-指指三三次次换换接接为为一一个个循循环环，即即按按A A-B-C-A B-C-A 方式运行的称为三相单三拍运行。方式运行的称为三相单三拍运行。2023/2/24411.3 11.3 步进电动机步进电动机 当当A A相相通通电电B B、CC相相不不通通电电时时

6、，由由于于磁磁通通具具有有力力图图走走磁磁阻阻最最小小路路径径的的特特点点，转转子子齿齿1 1和和3 3的的轴轴线线与与定定子子A A极极轴轴线线对对齐齐。同同理理断断开开A A接接通通B B时时、断断开开B B接接通通CC转转子子转转过过3030。按按A AB BCCA A接接通通和和断断开开控控制制绕绕组组转转子子就就连连续续转转动动。转转速速取决于控制绕组通、断电的频率，转向取决于通电的顺序。取决于控制绕组通、断电的频率，转向取决于通电的顺序。三三相相单单三三拍拍运运行行2023/2/24511.3 11.3 步进电动机步进电动机 三相六拍运行三相六拍运行 供电方式是供电方式是A AAB

7、ABB BBCBCCCCACAA A ，共有共有 6 6 种通电状态，每一循环换接种通电状态，每一循环换接 6 6 次，这次，这 6 6 种通电状态种通电状态中有时只有一相绕组通电中有时只有一相绕组通电(如如A A相相)即单拍，有时有两相绕即单拍，有时有两相绕组同时通电组同时通电(如如A A相和相和B B相相)即双拍，故称三相单、双六拍。即双拍，故称三相单、双六拍。图表示按这种方式对控制绕组供电时转子位置和磁通分布图表示按这种方式对控制绕组供电时转子位置和磁通分布的图形的图形。2023/2/24611.3 11.3 步进电动机步进电动机三相六拍运行三相六拍运行(1)(1)(a)A (a)A相通

8、电；相通电；(b)A(b)A、B B相通电；相通电；2023/2/24711.3 11.3 步进电动机步进电动机三相六拍运行三相六拍运行(2)(2)(c)B(c)B相通电；相通电；(d)B(d)B、C C相通电相通电2023/2/24811.3 11.3 步进电动机步进电动机 三相双三拍运行三相双三拍运行 通电方式通电方式ABABBCCAAB，转过转过30 30。四相步进电机四相步进电机 四相八拍四相八拍-通电方式通电方式A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-AA-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A ，与三相步进电动机道理一样，当，与三相步进电动机道理一样，当A A相通电转到相通电转到A

9、 A、B B两相两相同时通电时，定、转子齿的相对位置变为转子按顺时针方同时通电时，定、转子齿的相对位置变为转子按顺时针方向只转过向只转过1/81/8齿距角，即齿距角，即0.90.9。四相双四拍四相双四拍-通电方式通电方式AB-BC-CD-DA-ABAB-BC-CD-DA-AB 步距角步距角与四相单四拍运行时一样为与四相单四拍运行时一样为1/41/4齿距角，即齿距角，即1.81.8。2023/2/24911.3 11.3 步进电动机步进电动机A A相通电时定、相通电时定、转子齿的相对位置转子齿的相对位置A A、B B两相通电时定、两相通电时定、转子齿的相对位置转子齿的相对位置2023/2/241

10、011.3 11.3 步进电动机步进电动机 3 3、基本特点、基本特点 (1)(1)步步进进电电动动机机工工作作时时，每每相相绕绕组组由由专专门门驱驱动动电电源源通通过过“环环形形分分配配器器”按按一一定定规规律律轮轮流流通通电电。如如三三相相双双三三拍拍运运行行的的环环形形分分配配器器输输入入是是一一路路，输输出出有有A A、B B、CC三三路路。若若开开始始是是A A、B B这这两两路路有有电电压压，输输入入一一个个控控制制脉脉冲冲后后就就变变成成B B、CC这这两两路路有有电电压压，再再输输入入一一个个脉脉冲冲变变成成CC、A A这这两两路路有有电电压压，再再输输入入一一个个电电脉脉冲冲

11、变变成成A A、B B这这两两路路有有电电压压了了。环环形形分分配配器器输输出出的的各各路路脉脉冲冲电电压压信信号号，经经过过各各自自的的放放大大器器放放大大后后送送入入步步进进电电动动机机的各相绕组，使步进电动机一步步转动。的各相绕组，使步进电动机一步步转动。2023/2/241111.3 11.3 步进电动机步进电动机控制方框图控制方框图三相双三拍三相双三拍运行各相控运行各相控制电压波形制电压波形电电路路图图2023/2/241211.3 11.3 步进电动机步进电动机 (2)步步距距角角-每每输输入入一一个个脉脉冲冲电电信信号号转转子子转转过过的的角角度度，用用 b b表表示示。当当电电

12、机机按按四四相相单单四四拍拍运运行行-A-B-C-D-A-A-B-C-D-A 顺顺序序通通电电时时，换换接接一一次次绕绕组组，转转子子转转过过的的角角度度为为1/41/4齿齿距距角角；转转子子需需要要走走4 4步步，才才转转过过一一个个齿齿距距角角。当当四四相相八八拍拍运运行行-A-A-AB-B-BC-C-CD-D-DAAB-B-BC-C-CD-D-DA顺顺序序通通电电时时，换换接接一一次次绕绕组组，转转子子转转过过的的角角度度为为1/81/8齿齿距距角角；转转子子需需要要走走8 8步步才才转转过过一一个个齿距角。齿距角齿距角。齿距角-转子相邻两齿间的夹角，用转子相邻两齿间的夹角，用 t t表

13、示。表示。Z ZR R为转子齿数，为转子齿数，N N为运行拍数为运行拍数2023/2/241311.3 11.3 步进电动机步进电动机 提高工作精度提高工作精度就要求步距角很小。要减小步距角可以就要求步距角很小。要减小步距角可以增增加拍数加拍数N N；增加相数增加相数电源及电机的结构也越复杂。反应式步电源及电机的结构也越复杂。反应式步进电动机一般做到六相，个别也有八相或更多进电动机一般做到六相，个别也有八相或更多；一台步进电一台步进电动机有动机有两个步距角两个步距角，如，如1.51.5/0.75/0.75、1.21.2/0.6/0.6、3 3/1.5/1.5等。等。增加转子齿数增加转子齿数Z

14、ZR R，步距角也可减小，步距角也可减小，所以反所以反应式步进电动机的转子齿数一般是很多应式步进电动机的转子齿数一般是很多；通常反应式步进电通常反应式步进电动机的步距角为零点几度到几度。动机的步距角为零点几度到几度。2023/2/241411.3 11.3 步进电动机步进电动机 (3)(3)步步进进电电动动机机可可按按指指令令进进行行角角度度控控制制和和速速度度控控制制。角角度度控控制制-每每输输入入一一个个脉脉冲冲，定定子子绕绕组组就就换换接接一一次次，输输出出轴轴就就转转过过一一个个角角度度，输输出出轴轴转转动动的的角角位位移移量量与与输输入入脉脉冲冲数数成成正正比比。速速度度控控制制-送

15、送入入步步进进电电动动机机的的是是连连续续脉脉冲冲，各各相相绕绕组组不不断断地地轮轮流流通通电电，步步进进电电机机连连续续运运转转，它它的的转转速速与与脉脉冲冲频频率率成成正正比比。每每输输入入一一个个脉脉冲冲，转转子子转转过过的的角角度度是是整整个个圆圆周周角的角的1/(1/(Z ZR RN N)，因此每分钟转子所转过的圆周数，即转速为：，因此每分钟转子所转过的圆周数，即转速为：f f为控制脉冲的频率，转速取决于为控制脉冲的频率，转速取决于脉冲频率脉冲频率、转子齿数和拍数，而与转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关。电压、负载、温度等因素无关。2023/2/241511.3 11.3

16、 步进电动机步进电动机 (4)(4)步进电机具有自锁能力步进电机具有自锁能力。当控制电脉冲停止输入，让。当控制电脉冲停止输入，让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，电机保持在最最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，电机保持在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上。步进电动机可以后一个脉冲控制的角位移的终点位置上。步进电动机可以实现停车时转子定位。实现停车时转子定位。综上所述，步进电动机工作时的步数或转速不受电压波动综上所述，步进电动机工作时的步数或转速不受电压波动和负载变化的影响和负载变化的影响(允许负载范围内允许负载范围内)，也不受环境条件，也不受环境条件(温温度、压力、冲击、振动等度、压力

17、、冲击、振动等)变化的影响，只与控制脉冲同步，变化的影响，只与控制脉冲同步，同时它又能按照控制的要求，实现启动、停止、反转或改同时它又能按照控制的要求，实现启动、停止、反转或改变转速。因此步进电动机广泛应用于各种数字控制系统中。变转速。因此步进电动机广泛应用于各种数字控制系统中。2023/2/241611.3 11.3 步进电动机步进电动机 二、运行特性二、运行特性 1 1、矩角特性和静态转矩、矩角特性和静态转矩当控制脉冲不断送入各相绕组按一定程序轮流通电，当控制脉冲不断送入各相绕组按一定程序轮流通电，步进电动机转子就一步步地转动。当控制脉冲停止时，如步进电动机转子就一步步地转动。当控制脉冲停

18、止时，如某些相绕组仍通入恒定不变的电流，转子将固定于某位置某些相绕组仍通入恒定不变的电流，转子将固定于某位置保持不动，称为保持不动，称为静止状态静止状态。此时即使有一个小的扰动使转。此时即使有一个小的扰动使转子偏离此位置，磁拉力也能把转子拉回来。对于多相步进子偏离此位置，磁拉力也能把转子拉回来。对于多相步进电动机，定子控制绕组可以是一相通电，也可以是几相同电动机，定子控制绕组可以是一相通电，也可以是几相同时通电，下面分别进行讨论时通电，下面分别进行讨论。2023/2/241711.3 11.3 步进电动机步进电动机 单相通电时单相通电时 单单相相通通电电时时，通通电电相相极极下下的的齿齿产产生

19、生转转矩矩，这这些些齿齿与与转转子子齿齿的的相相对对位位置置及及所所产产生生的的转转矩矩都都是是相相同同的的，故故可可以以用用一一对对定定、转转子子齿齿的的相相对对位位置置来来表表示示转转子子位位置置，电电机机总总的的转转矩矩等于通电相极下各个定子齿所产生的转矩之和。等于通电相极下各个定子齿所产生的转矩之和。失调角失调角e-定子齿轴线与转子齿轴定子齿轴线与转子齿轴线之间的夹角线之间的夹角 e e表示为电角度。表示为电角度。齿距角齿距角 t t-一个齿距对应的电角度则一个齿距对应的电角度则 tete=2=2。2023/2/241811.3 11.3 步进电动机步进电动机定、转子间的作用力定、转子

20、间的作用力稳定平衡稳定平衡-当当 e e=0=0转子齿轴线和定子齿轴线重合，转子齿轴线和定子齿轴线重合，T T=0=0。位位置静态转矩置静态转矩-转子偏离转过某一角度时，定、转子齿之间的转子偏离转过某一角度时，定、转子齿之间的吸力有了切向分量，而形成转矩吸力有了切向分量，而形成转矩T T。2023/2/241911.3 11.3 步进电动机步进电动机T=-(IW)2ZsZRlG1sine(Nm)步进电动机的矩角特性步进电动机的矩角特性 矩角特性矩角特性-步进机步进机产生的静态转矩产生的静态转矩T T随失调角随失调角 e e的变的变化规律，即化规律，即T T=f f(e e)曲线。曲线。其其形态

21、近似正弦曲线形态近似正弦曲线。静稳定区静稳定区最大静转矩最大静转矩2023/2/242011.3 11.3 步进电动机步进电动机 多相通电时多相通电时 多多相相通通电电时时的的矩矩角角特特性性近近似似地地由由每每相相各各自自通通电电时时的的矩矩角特性叠加起来求出。角特性叠加起来求出。以以三三相相步步进进电电机机为为例例。当当A A、B B两两相相同同时时通通电电时时合合成成矩矩角特性应为两者相加，角特性应为两者相加，即即 T TA AB B=T TA A+T TB B=-=-T Tj jmmaxaxsinsin e e-T Tj jmmaxaxsin(sin(e e-120-120)=-=-T

22、 Tj jmmaxaxsin(sin(e e-60-60)是条与是条与A A相矩角特性相距相矩角特性相距120120(即即 tete/3)/3)的正弦曲线。的正弦曲线。2023/2/242111.3 11.3 步进电动机步进电动机三相步进电动机两相通电时的转矩三相步进电动机两相通电时的转矩 (a)(a)矩角特性；矩角特性；(b)(b)转矩向量图转矩向量图2023/2/242211.3 11.3 步进电动机步进电动机 2 2、单步运行状态、单步运行状态 指步进电动机仅改变一次通电状态时的运行方式，指步进电动机仅改变一次通电状态时的运行方式，或或输入脉冲频率非常之低，加第二脉冲之前前一步已经走完输

23、入脉冲频率非常之低，加第二脉冲之前前一步已经走完的运行状态。的运行状态。空载运行空载运行 通电顺序为通电顺序为ABCA，转子停在转子停在 e e=0=0的位置上，的位置上，如果此时送入一个控制脉冲，切换为如果此时送入一个控制脉冲，切换为B B相绕组通电，矩角相绕组通电，矩角特性就移动一个步距角特性就移动一个步距角 ebeb(等于等于120120)，跃变为曲线，跃变为曲线B B，e e=120=120就成为新的平衡位置。就成为新的平衡位置。2023/2/242311.3 11.3 步进电动机步进电动机空载时步进电动机的单步运行空载时步进电动机的单步运行2023/2/242411.3 11.3 步

24、进电动机步进电动机 负载运行负载运行当电机带恒定负载当电机带恒定负载T TL L时若时若A A相通电，转子将停留在失调相通电，转子将停留在失调角为角为 eaea的位置上，当的位置上，当 e e=eaea时，电磁转矩时，电磁转矩T TA A(对应对应a a点的转点的转矩矩)与负载转矩与负载转矩T TL L相等，转子处于平衡。送入控制脉冲转换相等，转子处于平衡。送入控制脉冲转换到到B B相通电，则转子所受的有效转矩为电磁转矩相通电，则转子所受的有效转矩为电磁转矩T TB B与负载转与负载转矩矩T TL L之差，即图上的阴影部分。转子在此转矩的作用下转过之差，即图上的阴影部分。转子在此转矩的作用下转

25、过一个步距角一个步距角120120，由，由 e e=eaea转到新的平衡位置转到新的平衡位置 e e=ebeb。这样当绕组不断地换接时，电机也不断地作步进运动，步这样当绕组不断地换接时，电机也不断地作步进运动，步距角仍为距角仍为120120电角度。电角度。2023/2/242511.3 11.3 步进电动机步进电动机负载时步进电动机的单步运行负载时步进电动机的单步运行2023/2/242611.3 11.3 步进电动机步进电动机 单步运行时带动的最大负载单步运行时带动的最大负载 电电机机作作单单步步运运行行时时的的矩矩角角特特性性，图图中中相相邻邻两两状状态态矩矩角角特特性性的的交交点点对对应

26、应的的电电磁磁转转矩矩用用T Tq q表表示示。相相邻邻矩矩角角特特性性的的交交点点所所对对应应的的转转矩矩T Tq q是是电电机机作作单单步步运运动动所所能能带带动动的的极极限限负负载载，也也称称为为极极限限启启动动转转矩矩。实实际际电电机机所所带带的的负负载载转转矩矩T TL L必必须须小小于极限启动转矩才能运行，即电机所带负载的阻转矩于极限启动转矩才能运行，即电机所带负载的阻转矩T TL LT Tq q。步步距距角角减减少少可可使使相相邻邻矩矩角角特特性性位位移移减减少少，就就可可提提高高极极限限启启动动转转矩矩T Tq q，增增大大电电机机的的负负载载能能力力。三三相相六六拍拍时时，矩

27、矩角角特性幅值不变，而步距角小了一半，故极限启动转矩。特性幅值不变，而步距角小了一半，故极限启动转矩。2023/2/242711.3 11.3 步进电动机步进电动机最大负载能力的确定最大负载能力的确定2023/2/242811.3 11.3 步进电动机步进电动机 3 3、连续脉冲运行连续脉冲运行 外加脉冲频率的提高，步进电动机进入连续转动状态。外加脉冲频率的提高，步进电动机进入连续转动状态。在运行过程中具有良好的动态性能是保证控制系统可靠工在运行过程中具有良好的动态性能是保证控制系统可靠工作的前提。如步进电动机经常启动、制动、正转、作的前提。如步进电动机经常启动、制动、正转、反转等，反转等，并

28、在各种频率下并在各种频率下(各种转速各种转速)运行，要求电机的步数与脉冲运行，要求电机的步数与脉冲数严格相等，即不丢步也不越步，且转子运动平稳。保证数严格相等，即不丢步也不越步，且转子运动平稳。保证系统精度。系统精度。此外，当提高使用频率时，步进电机的快速性此外，当提高使用频率时，步进电机的快速性也是动态性能的重要内容之一。也是动态性能的重要内容之一。所以有必要对步进电动机所以有必要对步进电动机的动态特性作一定的分析。的动态特性作一定的分析。2023/2/242911.3 11.3 步进电动机步进电动机 矩矩频频特特性性-电电机机连连续续转转动动时时所所产产生生的的最最大大输输出出转转矩矩T

29、T与与f f两者间的关系。两者间的关系。当当控控制制脉脉冲冲频频率率增增加加，电电机机转转速速升升高高时时，步步进进电电动动机机所所能能带带动动的的最最大大负负载载转转矩矩值值将将逐逐步步下下降降。主主要要原原因因是是定定子子绕绕组组电电感感的的影影响响。因因步步进进电电机机每每相相绕绕组组是是线线圈圈，而而电电感感有有延延缓缓电电流变化的特性。流变化的特性。运行矩频特性运行矩频特性2023/2/243011.3 11.3 步进电动机步进电动机 三、步进电机的驱动三、步进电机的驱动 1 1、驱动电源、驱动电源 专专门门的的驱驱动动电电源源和和步步进进电电动动机机是是一一个个有有机机整整体体，步

30、步进进电电动动机机的的运运行行性性能能是是电电动动机机及及其其驱驱动动电电源源二二者者配配合合的的综综合合表现。表现。驱动电源方框图驱动电源方框图2023/2/243111.3 11.3 步进电动机步进电动机 变频信号源变频信号源是一个频率从数十赫兹到几万赫兹左右的是一个频率从数十赫兹到几万赫兹左右的连续可变的脉冲信号发生器。连续可变的脉冲信号发生器。脉冲分配器脉冲分配器是由门电路和双稳态触发器组成的逻辑电是由门电路和双稳态触发器组成的逻辑电路，它根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加到放大器路，它根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加到放大器上，使步进电动机按一定的运行方式运转。上，使步进电动机

31、按一定的运行方式运转。功率放大电路功率放大电路用放大后的信号去驱动步进电动机。环用放大后的信号去驱动步进电动机。环形分配器输出的电流只有几毫安，一般步进电动机需要几形分配器输出的电流只有几毫安，一般步进电动机需要几个到几十个安培的电流。功放电路种类很多，它们对电机个到几十个安培的电流。功放电路种类很多，它们对电机性能的影响也各不相同。通常驱动电源就以功率放大器的性能的影响也各不相同。通常驱动电源就以功率放大器的型式进行分类。型式进行分类。2023/2/243211.3 11.3 步进电动机步进电动机 2 2、驱动电路、驱动电路 单极性驱动：单极性驱动：是一个频率从数十赫兹到几万赫兹左右是一个频

32、率从数十赫兹到几万赫兹左右的连续可变的脉冲信号发生器。的连续可变的脉冲信号发生器。双极性驱动：双极性驱动：驱动电路采用驱动电路采用H H桥结构，效率高特别适桥结构，效率高特别适合大功率步进电机（合大功率步进电机（1KW1KW）。）。高低压驱动：高低压驱动：开通和关断时用高电压，缩短电流上升开通和关断时用高电压，缩短电流上升和下降的时间；导通器件采用低电压维持绕组电流。和下降的时间；导通器件采用低电压维持绕组电流。斩波恒流驱动：斩波恒流驱动：采用比较器，使相绕组上的电流基本采用比较器，使相绕组上的电流基本为一恒定值。为一恒定值。2023/2/243311.3 11.3 步进电动机步进电动机 细分

33、控制：细分控制：步距角再细分至几十甚至百倍，提高进度和步距角再细分至几十甚至百倍，提高进度和运行平稳性。运行平稳性。方法是方法是增加多相绕增加多相绕组同时导电的时间，组同时导电的时间，同时控制各项绕组中同时控制各项绕组中电流的大小（一般为电流的大小（一般为阶梯波），不同空间阶梯波），不同空间位置的不同合成磁势，位置的不同合成磁势，转的步距变小。可采转的步距变小。可采用微处理器斩波恒流用微处理器斩波恒流细分驱动电路。细分驱动电路。2023/2/243411.3 11.3 步进电动机步进电动机 四、主要性能指标四、主要性能指标1.1.最大静转矩最大静转矩T Tj jmmaxax-指步进电动机在规定

34、的通电相数下矩角指步进电动机在规定的通电相数下矩角特性上的转矩最大值。绕组电流越大，最大静转矩也越特性上的转矩最大值。绕组电流越大，最大静转矩也越大，通常取负载转矩为：大，通常取负载转矩为：T TL L=(0.30.5)=(0.30.5)T Tj jmmaxax2.2.步距角步距角 b b-每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度。每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度。步距角大小会直接影响步进电动机的启动和运行频率。步距角大小会直接影响步进电动机的启动和运行频率。步距角小的往往启动及运行频率高，但转速和输出功率步距角小的往往启动及运行频率高，但转速和输出功率不一定高。不一定高。3.3.静态步距角误

35、差静态步距角误差 b b-实际的步距角与理论的步距角之间实际的步距角与理论的步距角之间的差值，通常用理论步距角的百分数或绝对值来衡量。的差值，通常用理论步距角的百分数或绝对值来衡量。静态步距角误差小，静态步距角误差小，表示电机精度高。表示电机精度高。2023/2/243511.3 11.3 步进电动机步进电动机4.4.启动频率启动频率f fq q和启动矩频特性和启动矩频特性 启启动动频频率率-指指步步进进电电动动机机能能够够不不失失步步启启动动的的最最高高脉脉冲冲频频率率，产产品品目目录录一一般般都都有有空空载载启启动动频频率率数数据据。但但实实际际大大都都要要带带负负载载启启动动。负负载载启

36、启动动频频率率与与负负载载转转矩矩及及惯惯量量的的大大小小有有关关。启启动动矩矩频频特特性性-在在一一定定的的负负载载惯惯量量下下，启启动动频频率率随随负负载转矩变化的特性，通常以表格或曲线形式给出。载转矩变化的特性，通常以表格或曲线形式给出。5.5.运行频率和运行矩频特性运行频率和运行矩频特性 运运行行频频率率-步步进进电电动动机机启启动动后后，控控制制脉脉冲冲频频率率连连续续上上升升而而维维持持不不失失步步的的最最高高频频率率。运运行行矩矩频频特特性性-电电机机带带负负载载运运行行时时，频频率率连连续续上上升升而而维维持持不不失失步步的的频频率率与与负负载载转转矩矩两两者的关系，技术数据通

37、常是以表格或曲线形式表示。者的关系，技术数据通常是以表格或曲线形式表示。2023/2/243611.3 11.3 步进电动机步进电动机6.6.额额定定电电流流-电电机机不不动动时时每每相相绕绕组组容容许许通通过过的的电电流流。当当电电机机运运转转时时，每每相相绕绕组组通通的的是是脉脉冲冲电电流流，电电流流表表指指示示的的读读数数为脉冲电流平均值。为脉冲电流平均值。7.7.额额定定电电压压-指指加加在在驱驱动动电电源源各各相相主主回回路路的的直直流流电电压压。一一般般不不等等于于加加在在绕绕组组两两端端的的电电压压。国国标标规规定定步步进进电电动动机机的的额额定定电电压压为为：单单一一电电压压型

38、型电电源源 6 6、1212、2727、4848、6060、80(V)80(V)，高低压切换型电源，高低压切换型电源 60/1260/12、80/12(V)80/12(V)。2023/2/243711.3 11.3 步进电动机步进电动机思考题与习题思考题与习题1.如何控制步进电动机输出的角位移或线位移量，如何控制步进电动机输出的角位移或线位移量，转速或线速度转速或线速度?步进步进电机有哪些可贵的特点电机有哪些可贵的特点?2.反应式步进电机与永磁式及感应子式步进电机在作用原理方面有什么反应式步进电机与永磁式及感应子式步进电机在作用原理方面有什么共同点和差异共同点和差异?步进电机与同步电动机有什么

39、共同点和差异步进电机与同步电动机有什么共同点和差异?3.步进电机有哪一些技术指标步进电机有哪一些技术指标?它们的具体含义是什么它们的具体含义是什么?4.步进电机技术数据中标的步距角有时为两个数，步进电机技术数据中标的步距角有时为两个数，如步距如步距1.5/3，试试问这是什么意思问这是什么意思?5.如果一台步进电机的负载转动惯量较大，试问它的启动频率有何变化如果一台步进电机的负载转动惯量较大，试问它的启动频率有何变化?6.试问步进电机的连续运行频率和它的负载转矩有怎样的关系试问步进电机的连续运行频率和它的负载转矩有怎样的关系?为什么为什么?7.为什么步进电动机的连续运行频率比启动频率要高得多为什

40、么步进电动机的连续运行频率比启动频率要高得多?2023/2/243811.3 11.3 步进电动机步进电动机8.一台四相步进电动机，若单相通电时矩角特性为正弦形，一台四相步进电动机，若单相通电时矩角特性为正弦形，其幅值为其幅值为Tjmax，请请 (1)写出四相八拍运行方式时一个循环的通电次序，写出四相八拍运行方式时一个循环的通电次序，并画出各相控制电压波形图；并画出各相控制电压波形图；(2)求两相同时通电时的最大静态转矩；求两相同时通电时的最大静态转矩；(3)分别作出单相及两相通电时的矩角特性；分别作出单相及两相通电时的矩角特性；(4)求四相八拍运行方式时的极限启动转矩。求四相八拍运行方式时的极限启动转矩。9.一台五相十拍运行的步进电动机，一台五相十拍运行的步进电动机，转子齿数转子齿数ZR=48，在在A相绕组中测得电流频率为相绕组中测得电流频率为600 Hz，求：求：(1)电机的步距角；电机的步距角；(2)转速；转速；(3)设单相通电时矩角特性为正弦形，设单相通电时矩角特性为正弦形，其幅值为其幅值为3 Nm，求三相同时通电时的最大静转矩求三相同时通电时的最大静转矩Tjmax（ABC）。）。2023/2/2439