第7章步进电动机ppt课件

1、7.1 反响式步进电动机的任务原理反响式步进电动机的任务原理 和根本特点和根本特点7.2 反响式步进电动机的运转特性反响式步进电动机的运转特性7.3 步进电动机主要性能目的和技术数据步进电动机主要性能目的和技术数据7.4 步进电动机的运用举例步进电动机的运用举例第第7 7章章 步进电动机步进电动机第第7 7章章 步进电动机步进电动机本章要求：本章要求：熟练掌握步进电动机的任务原理熟练掌握步进电动机的任务原理, ,熟习步进电熟习步进电动机的根本特点。动机的根本特点。熟练掌握步进电动机的矩角特性和静态转矩。熟练掌握步进电动机的矩角特性和静态转矩。熟习并掌握步进电动机的单步运转形状。熟习并掌握步进电

2、动机的单步运转形状。熟练掌握步进电动机的延续脉冲运转和运动特性熟练掌握步进电动机的延续脉冲运转和运动特性熟习步进电动机的主要性能目的。熟习步进电动机的主要性能目的。控制电机控制电机7.1 7.1 反响式步进电动机的任务原理和根本特点反响式步进电动机的任务原理和根本特点一、概述一、概述步进电动机称为脉冲电动机，是数字控制系步进电动机称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其作用是将脉冲电信统中的一种执行元件。其作用是将脉冲电信号转换为角位移或直线位移。号转换为角位移或直线位移。步进电动机步进电动机脉冲分配脉冲分配器和功放器和功放 knfnTem步进电动机角位移与脉冲步进电动机角位移与脉冲

3、k成正比。成正比。步进电动机速度与脉冲频率成正比。步进电动机速度与脉冲频率成正比。具有同步特性。具有同步特性。控制电机控制电机步进电动机步进电动机脉冲分配脉冲分配器和功放器和功放 步进电动机的驱动需求结合数字技术、步进电动机的驱动需求结合数字技术、计算机技术和电力电子技术。计算机技术和电力电子技术。 步进电动机被广泛运用于需求准确定步进电动机被广泛运用于需求准确定位和定速的控制系统中，例如数控机床、位和定速的控制系统中，例如数控机床、绘图仪器、机器人等领域。绘图仪器、机器人等领域。控制电机控制电机XY操作台操作台控制电机控制电机打印机打印机二、典型构造二、典型构造 步进电动机按步进电动机按励磁

4、方式可分为反励磁方式可分为反响式、永磁式和感响式、永磁式和感应子式，其中反响应子式，其中反响式构造简单，运用式构造简单，运用普遍。右图为一台普遍。右图为一台三相反响式步进电三相反响式步进电动机的典型构造图。动机的典型构造图。控制电机控制电机二、任务原理二、任务原理三相反响式步进电动机按通电方式的不同，每步转动不三相反响式步进电动机按通电方式的不同，每步转动不同的角度。下面以三相单三拍为例，阐明其任务原理。同的角度。下面以三相单三拍为例，阐明其任务原理。步进电动机的任务原理是磁通总是走磁阻最小的步进电动机的任务原理是磁通总是走磁阻最小的途径途径,由于磁力线的扭曲而产生拖动转矩。由于磁力线的扭曲而

5、产生拖动转矩。控制电机控制电机 三相步进电动机具有三相单三拍、三相六三相步进电动机具有三相单三拍、三相六拍和三相双三拍运转形状。拍和三相双三拍运转形状。“三相：步进电动机具有三相定子绕组。三相：步进电动机具有三相定子绕组。“单、双：每次只需一相单或两相双绕单、双：每次只需一相单或两相双绕 组通电。组通电。 “三拍：每三次换接为一个循环。有三种通电形状。三拍：每三次换接为一个循环。有三种通电形状。“六拍：每六次换接为一个六拍：每六次换接为一个 循环。有六种通电形状。循环。有六种通电形状。 A-AB-B-BC-C-CA-AA-B-C-A控制电机控制电机三、根本特点三、根本特点 1. 步进电动机任务

6、时，每相绕组不是恒定步进电动机任务时，每相绕组不是恒定的通电，而是由专门的驱动电源供应，经过的通电，而是由专门的驱动电源供应，经过“环形分配器按一定规律轮番通电。这种环形分配器按一定规律轮番通电。这种通电方式称为通电方式称为“分配方式。不论分配方式分配方式。不论分配方式如何，每循环一次，控制电脉冲个数总等于如何，每循环一次，控制电脉冲个数总等于拍数拍数N，而加在每相绕组上的脉冲电压个数，而加在每相绕组上的脉冲电压个数却等于却等于1，因此控制绕组电脉冲频率，因此控制绕组电脉冲频率f是每相是每相绕组脉冲电压频率绕组脉冲电压频率 f相相 的的N倍，即倍，即 f = N f相相步进电动机步进电动机脉冲

7、分配脉冲分配器和功放器和功放 控制电机控制电机ABCD 以下图为一台四相步进电动机，设其以下图为一台四相步进电动机，设其为四相单四拍运转。转子上共有为四相单四拍运转。转子上共有50个齿，个齿，计算其齿距角计算其齿距角 t和步距角和步距角b 。8 .1504360;2 .750360bt 八拍运转？八拍运转？控制电机控制电机 2. 每输入一个电脉冲信号，转子转过的角每输入一个电脉冲信号，转子转过的角度称步距角，用度称步距角，用 b 表示。表示。ZR为转子齿数为转子齿数 t = 360o / ZR步进电动机转子齿距角步进电动机转子齿距角 t 为：为：由于电脉冲每循环一次由于电脉冲每循环一次经过经过

8、N拍，转子正好拍，转子正好转过一个齿距，因此每一转过一个齿距，因此每一个脉冲转过个脉冲转过1/N齿距步距齿距步距角。角。 N = k m k=1，2 m = 相数相数步距角步距角b为：为：RtbNZN0360控制电机控制电机 为提高任务精度，要求步距角小，可经过添为提高任务精度，要求步距角小，可经过添加加 N 或或 ZR 来实现。但来实现。但 N 大，那么大，那么m大，电机、大，电机、电源构造复杂，因此通常电源构造复杂，因此通常 ZR 数值大。数值大。步距角步距角b为：为：RtbNZN0360控制电机控制电机 3. 反响式步进电动机可进展角度控制，也反响式步进电动机可进展角度控制，也可进展速度

9、控制。可进展速度控制。 角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲数冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲数成正比。成正比。步进电动机步进电动机脉冲分配脉冲分配器和功放器和功放 k控制电机控制电机 速度控制时，送入步进电动机的是延续脉冲，速度控制时，送入步进电动机的是延续脉冲，各相绕组不断的轮番通电，步进电动机延续运转，各相绕组不断的轮番通电，步进电动机延续运转，转速与脉冲频率成正比，每输入一个脉冲，转子转速与脉冲频率成正比，每输入一个

10、脉冲，转子转过整个圆周的转过整个圆周的 1 /N ZR ，也就是转过，也就是转过 1 /N ZR 转，故转速为：转，故转速为：步进电动机步进电动机脉冲分配脉冲分配器和功放器和功放 RNZfn60nf控制电机控制电机转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等要素无关。当转子齿数一定时，压、负载、温度等要素无关。当转子齿数一定时，转子的转速和转向就由脉冲频率和通电顺序决议。转子的转速和转向就由脉冲频率和通电顺序决议。因此，改动电脉冲输入的情况，就可方便的控制因此，改动电脉冲输入的情况，就可方便的控制电动机的正、反转，快速启动，制动以及改动转

11、电动机的正、反转，快速启动，制动以及改动转速的大小。速的大小。 步进电动机步进电动机的转速还可用步的转速还可用步距角来表示，用距角来表示，用步距角表示转速步距角表示转速那么为：那么为：n =60 f/N ZR r/min63606036060bRRfNZfNZfn控制电机控制电机 频率频率f一定时，步距角越小，转速越低，电一定时，步距角越小，转速越低，电机输出功率越小。从提高加工精度上要求，应机输出功率越小。从提高加工精度上要求，应选用小的步距角，但从提高输出功率上要求，选用小的步距角，但从提高输出功率上要求，步距角又不能取的太小。普通步距角应根据系步距角又不能取的太小。普通步距角应根据系统中

12、运用的详细情况进展选取。统中运用的详细情况进展选取。n = ( f b )/6o r/min一台四相步进电动机，设其为四相八拍运转。一台四相步进电动机，设其为四相八拍运转。转子上共有转子上共有50个齿，计算个齿，计算n=1000r/min时，控时，控制脉冲频率？制脉冲频率？RNZfn60HznNZfR67.66660508100060控制电机控制电机 4. 步进电动机具有自锁才干步进电动机具有自锁才干当控制电脉冲停顿输入，而让最后一当控制电脉冲停顿输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，个脉冲控制的绕组继续通直流电时，电机可以坚持在固定的位置上。这样，电机可以坚持在固定的位置上。这样，

13、步进电动机可以实现停车时转子定位。步进电动机可以实现停车时转子定位。7.2 7.2 反响式步进电动机的运转特性反响式步进电动机的运转特性一、一、 矩角特性和静态转矩矩角特性和静态转矩1. 静止形状：静止形状： 控制脉冲停顿时，假设控制脉冲停顿时，假设某相绕组仍通入恒定不变的某相绕组仍通入恒定不变的电流，将转子固定于某一位电流，将转子固定于某一位置上，坚持不动。置上，坚持不动。2. 自锁：自锁： 静止形状时，即使有一个静止形状时，即使有一个小的扰动，使转子偏离此位置，小的扰动，使转子偏离此位置，磁拉力也能把转子拉回来。即：磁拉力也能把转子拉回来。即：电机能可靠地锁在静止位置的电机能可靠地锁在静止

14、位置的功能。功能。控制电机控制电机4. 失调角：失调角：3. 齿距角：齿距角：一个齿距对应的角度，称为齿一个齿距对应的角度，称为齿距角距角 t t 。其电角度相当于。其电角度相当于一对极距，即齿距角一对极距，即齿距角 t e t e =2 rad=2 rad。 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，称为失调角线之间的夹角，称为失调角 e e 。通常用电角度表示。通常用电角度表示。 e =0 时的位置称稳时的位置称稳定平衡位置或协调位置。定平衡位置或协调位置。tee转子转子控制电机控制电机5. 单相通电的距角特性：单相通电的距角特性： 当当e=0时转子齿轴线和定时转子齿轴线和定子

15、齿轴线重合，此时定、转子子齿轴线重合，此时定、转子齿之间虽有较大的吸力，但吸齿之间虽有较大的吸力，但吸力垂直于转轴，故电机产生的力垂直于转轴，故电机产生的转矩为转矩为0，如图，如图1所示。所示。 单相通电时，通电相极下的齿会产生转矩，单相通电时，通电相极下的齿会产生转矩，这些齿与转子齿的相对位置及所产生的转矩都是这些齿与转子齿的相对位置及所产生的转矩都是一样的，故可以用一对定、转子齿的相对位置来一样的，故可以用一对定、转子齿的相对位置来表示转子位置，电机总的转矩等于通电相极下各表示转子位置，电机总的转矩等于通电相极下各个定子齿所产生的转矩之和。个定子齿所产生的转矩之和。1图图 1e=0控制电机

16、控制电机在外力的作用下，转动转子使在外力的作用下，转动转子使e添加，添加，磁力线被扭曲产生电磁转矩添加，与其磁力线被扭曲产生电磁转矩添加，与其平衡的外转矩也增大平衡的外转矩也增大,当当e = /2 (即即1/4齿齿距角距角)时转矩最大。时转矩最大。1e= /2 T11e= /4 T11e= 0 T1控制电机控制电机继续添加继续添加e e ，电磁转矩反而减小，与，电磁转矩反而减小，与其平衡的外转矩也变小，直到其平衡的外转矩也变小，直到e = e = 时，外转矩又为时，外转矩又为0 0。1e= 1e= /2 T11e= 3/2 T1控制电机控制电机 当当e时，电磁转矩改动方向，外转时，电磁转矩改动

17、方向，外转矩也改动方向，变为负值。当矩也改动方向，变为负值。当e= 3/2时，时，外转矩到达负的最大值。外转矩到达负的最大值。1e= T11e=5/4 1e = 3/2T1控制电机控制电机e继续添加，电磁转矩反向减小，与其继续添加，电磁转矩反向减小，与其平衡的外转矩也变小，直到平衡的外转矩也变小，直到e= 2时，时，外转矩又变成外转矩又变成0值。转子转动一个齿距值。转子转动一个齿距 一对极距，即一对极距，即2电角度电角度1e= 21e = 3/2T11e = 7/4T1控制电机控制电机 由于步进电机所产生的转矩是与外转矩相由于步进电机所产生的转矩是与外转矩相平衡的，因此上述外转矩随失调角平衡的

18、，因此上述外转矩随失调角ee变化的变化的规律，就是步进电机产生的静态转矩规律，就是步进电机产生的静态转矩T T 随失调随失调角角ee的变化规律。这个规律即的变化规律。这个规律即T = fT = f e e 曲线，称为步进电机的距角特性。其形状近似曲线，称为步进电机的距角特性。其形状近似正弦曲线。正弦曲线。图图 21e= /2 T1eT03/2/2控制电机控制电机 当当e +时，转矩的方向与时，转矩的方向与e角添角添加的方向一样，故取转矩为正值。加的方向一样，故取转矩为正值。转子位置不同，转子位置不同，电机产生的转矩电机产生的转矩是不同的。是不同的。eT03/2/2T11e=5/4 1e= /2

19、 T1控制电机控制电机 步进电动机距角特性上的静态转矩最大步进电动机距角特性上的静态转矩最大值值TjmaxTjmax表示了步进电动机接受负载的才干，表示了步进电动机接受负载的才干，它与步进电动机很多特性的优劣有直接的关它与步进电动机很多特性的优劣有直接的关系。是步进电动机的最主要性能目的之一。系。是步进电动机的最主要性能目的之一。eT0-/2/2图图 21e= /2 T1控制电机控制电机 现推导三相步进电动机两一样时通电现推导三相步进电动机两一样时通电时的距角特性。时的距角特性。6. 多相通电的距角特性：多相通电的距角特性： 按叠加原理，多相通电时的矩角特性按叠加原理，多相通电时的矩角特性近似

20、的可以由各自通电时的矩角特性叠加近似的可以由各自通电时的矩角特性叠加起来求出。起来求出。控制电机控制电机设转子失调角设转子失调角e 起始点起始点=0在在A相定子相定子齿轴线处，那么齿轴线处，那么A相通电时的矩角特性是一相通电时的矩角特性是一条过条过0点的正弦曲线，可以用下式表示点的正弦曲线，可以用下式表示TA= -Tjmax sin eB相通电时的矩角特性也是一条正弦曲线，相通电时的矩角特性也是一条正弦曲线，但其平衡位置落后但其平衡位置落后A的一个步距角电角的一个步距角电角度度120TB= -Tjmax sin e 120 o 控制电机控制电机eT0TA60o120oTBTAB当当 A A、B

21、 B 两一样时通电时，合成距角特性两一样时通电时，合成距角特性应为两者相加，即应为两者相加，即TAB= TA + TB = -Tjmax sin e 60 o 单相、两相通电时的距角特性单相、两相通电时的距角特性转矩向量图转矩向量图TATBTAB控制电机控制电机三相步进电动机两一样时通电时，最大静三相步进电动机两一样时通电时，最大静态转矩值与单相通电时的最大静态转矩值态转矩值与单相通电时的最大静态转矩值相等。也就是说，对三相步进电动机来说，相等。也就是说，对三相步进电动机来说，不能依托添加通电相数来提高转矩，这是不能依托添加通电相数来提高转矩，这是三相步进电动机一个很大的缺陷。三相步进电动机一

22、个很大的缺陷。eT0TA60o120oTBTAB控制电机控制电机TBCTABeT0TATBTC 五相步进电动机的五相步进电动机的单相、两相、三相通电时矩角特性单相、两相、三相通电时矩角特性假设不用三相，假设不用三相，而用更多相时，而用更多相时，多相通电能否多相通电能否能提高转矩呢？能提高转矩呢？控制电机控制电机TATABTBTCTABC五相步进电动机转矩向量图五相步进电动机转矩向量图m m 相电机，相电机，n n 一样时通电距角特一样时通电距角特性的普通表达式：性的普通表达式：ej1TT sinmax ）（beej2TT sinmax）（beejn1nTT sinmaxm1nsinmsinmn

23、sinTTTTTemaxjn21n1 控制电机控制电机mmnTTjn1j sinsinmaxmax ）（ m m 相电机，相电机，n n 一样时通电时转矩最大一样时通电时转矩最大值与单相通电时转矩最大值之比值与单相通电时转矩最大值之比五相电动机两相通电时转矩五相电动机两相通电时转矩最大值为最大值为maxmax)max(.sinsinjjABjT621T552T 控制电机控制电机五相电动机三相通电时转矩最大值为五相电动机三相通电时转矩最大值为maxmax)max(.sinsinjjABCjT621T553T 普通而言，除了三相外，多相普通而言，除了三相外，多相电机的多相通电都能提高输出电机的多相

24、通电都能提高输出转矩，故普通功率较大的步进转矩，故普通功率较大的步进电动机称为功率步进电动机电动机称为功率步进电动机都采用大于三相的电动机，而都采用大于三相的电动机，而且是多相通电的分配方式。且是多相通电的分配方式。控制电机控制电机二、单步运转形状二、单步运转形状1 1 什么是单步运转形状？什么是单步运转形状？ 输入脉冲频率非常低，加第二脉冲之前，前输入脉冲频率非常低，加第二脉冲之前，前一步曾经走完，转子运转曾经停顿的运转形状。一步曾经走完，转子运转曾经停顿的运转形状。2 2 步进电动机的单步运转步进电动机的单步运转eT0TA60o120oTBTAB控制电机控制电机 图中失调角图中失调角e e

25、 是是 A A 相定子齿轴线相定子齿轴线与转子齿轴线之间的夹角。与转子齿轴线之间的夹角。e = 0e = 0是是 A A 相定子齿轴线与转子齿轴线相重合时的转相定子齿轴线与转子齿轴线相重合时的转子位置，称平衡位置。子位置，称平衡位置。eT0TA60o120oTBTAB控制电机控制电机空载时，转子停在空载时，转子停在e = 0 e = 0 位置，此时位置，此时B B 相通相通电，转矩从电，转矩从 o o 到到 a a ，转矩为，转矩为TBa= Tjmax sin 120 oT转子从转子从 0 0 挪动到挪动到ebeb 120o 120o电角度电机前进电角度电机前进了一步。了一步。 假设不断送入控

26、制脉冲，电机就不断地一步一假设不断送入控制脉冲，电机就不断地一步一步转动。此即步进电动机空载作单步运转的情况。步转动。此即步进电动机空载作单步运转的情况。eoTATBeba aTC2eb一步一步一步一步控制电机控制电机 当电机带恒定负载时，当电机带恒定负载时，A A相通电，转子停相通电，转子停在失调角为在失调角为ea ea 的位置上，此时电磁转矩的位置上，此时电磁转矩TATA与负载转矩与负载转矩TLTL相等转子处于平衡。假设送入控相等转子处于平衡。假设送入控制脉冲，转换到制脉冲，转换到B B 相通电，那么转子所受的有相通电，那么转子所受的有效转矩为电磁转矩效转矩为电磁转矩TBTB与负载转矩与负

27、载转矩TLTL之差，转子之差，转子在此转矩的作用下转动。在此转矩的作用下转动。eToTATBebTCea一步一步一步一步be2beTLba控制电机控制电机 转子转过一个步距角转子转过一个步距角120 o120 o，由，由e e =ea=ea转到新的平衡位置转到新的平衡位置e =ebe =eb。这样，。这样，当绕组不断的换接时，电机也不断地作步进当绕组不断的换接时，电机也不断地作步进运动，步距角仍为运动，步距角仍为120 o 120 o 电角度。电角度。通常情况下，实践步距角与实际步距角稍有偏向。通常情况下，实践步距角与实际步距角稍有偏向。bbeaeToTATBebTCea一步一步一步一步2be

28、TL控制电机控制电机3、步进电动机的最大负载才干、步进电动机的最大负载才干 步进电动机的最大负载才干步进电动机的最大负载才干也称极限启动转矩，它表示也称极限启动转矩，它表示步进电动机作单步运转时能步进电动机作单步运转时能带动的最大负载。带动的最大负载。 通常情况下，实践步距角与实际步距通常情况下，实践步距角与实际步距角稍有偏向。这个偏向以角分或实际步距角稍有偏向。这个偏向以角分或实际步距角的百分数来衡量，称为静态步距角误差角的百分数来衡量，称为静态步距角误差b 。其值越小，表示精度越高。其值越小，表示精度越高。极限启动转矩极限启动转矩控制电机控制电机 当电机所带负载的阻转矩当电机所带负载的阻转

29、矩TL Tq时，假设时，假设开场时转子是处在平衡点开场时转子是处在平衡点a1，当控制脉冲切换，当控制脉冲切换通电绕组是通电绕组是B相通电，这时对应的电磁转矩相通电，这时对应的电磁转矩(a, 1点点)小于负载转矩，电机就不能作步进运动。小于负载转矩，电机就不能作步进运动。a1a ,bbeaeToTATBebTCea一步一步一步一步2beTLTqT ,La1控制电机控制电机电机以一定通电方式运转时，相邻矩角特性的交点所对电机以一定通电方式运转时，相邻矩角特性的交点所对应的转矩应的转矩Tq是电机作单步运动所能带动的极限负载，也是电机作单步运动所能带动的极限负载，也称为极限启动转矩。实践电机所带的负载

30、转矩称为极限启动转矩。实践电机所带的负载转矩TL必需小必需小于极限启动转矩才干运动，即于极限启动转矩才干运动，即TL Tq 。 步距角减小可使相邻距角特性位移减少，就步距角减小可使相邻距角特性位移减少，就可提高极限启动转矩可提高极限启动转矩Tq ，增大电机的负载才干。，增大电机的负载才干。eT0TA60o120oTBTABTCTBCTq1Tq2控制电机控制电机maxjqT21T 三相单三拍极三相单三拍极限启动转矩限启动转矩Tq maxjqT23T 三相六拍极限三相六拍极限启动转矩启动转矩Tq NcosTTmaxjq 极限启动转矩极限启动转矩Tq 其中其中N为拍数为拍数 eT0TA60o120o

31、TBTABTCTBCTq1Tq2控制电机控制电机4、单步运转时转子振荡景象、单步运转时转子振荡景象单步运转时转子从一个平衡位置转过一个步单步运转时转子从一个平衡位置转过一个步距角到达新的平衡位置，但是由于惯性作用，距角到达新的平衡位置，但是由于惯性作用，转子要在新的平衡位置来回振荡。假设无阻转子要在新的平衡位置来回振荡。假设无阻尼作用，电机就环绕新的平衡位置来回作不尼作用，电机就环绕新的平衡位置来回作不衰减的振荡，此称为自在振荡。假设振荡角衰减的振荡，此称为自在振荡。假设振荡角频率用频率用 0 表示，相应的振荡频率和周期表示，相应的振荡频率和周期为为 2f00 0002f1T 控制电机控制电机

32、自在振荡角频率自在振荡角频率0 与振荡的幅值有关。与振荡的幅值有关。当拍数多时，步距角很小，振荡的幅值很小。当拍数多时，步距角很小，振荡的幅值很小。此时，转子在平衡位置附近作微小的振荡，此时，转子在平衡位置附近作微小的振荡，这时振荡的角频率称为固有振荡角频率，用这时振荡的角频率称为固有振荡角频率，用0表示。实际上可以证明固有振荡角频率为表示。实际上可以证明固有振荡角频率为JZTRmaxj0 式中式中J为转动部分的转动惯量。为转动部分的转动惯量。固有振荡角频率固有振荡角频率0是步进电是步进电机一个很重要的参数。机一个很重要的参数。控制电机控制电机 随着拍数减少，步距角增大，自在振荡随着拍数减少，

33、步距角增大，自在振荡的幅值也增大，自在振荡频率就减小。比值的幅值也增大，自在振荡频率就减小。比值0 /0与振荡的幅值即步距角的关系。与振荡的幅值即步距角的关系。0,0 be o控制电机控制电机实践上转子作无阻尼的自在振荡是不能够的，实践上转子作无阻尼的自在振荡是不能够的，由于轴上的摩擦、风阻以及内部电阻等存在，由于轴上的摩擦、风阻以及内部电阻等存在，单步运动时转子环绕平衡位置的振荡过程总是单步运动时转子环绕平衡位置的振荡过程总是衰减的，阻尼越大，衰减得越快，最后仍稳定衰减的，阻尼越大，衰减得越快，最后仍稳定于平衡位置附近。于平衡位置附近。单步运动时所产生的振荡景象对单步运动时所产生的振荡景象对

34、步进电机的运转是很不利的，它步进电机的运转是很不利的，它影响了系统的精度，带来了振动影响了系统的精度，带来了振动及噪音，严重的甚至使转子丢步。及噪音，严重的甚至使转子丢步。为了使转子振荡衰减的快，在步为了使转子振荡衰减的快，在步进电机中往往专门设置了特殊的进电机中往往专门设置了特殊的阻尼器如机械摩擦阻尼器。阻尼器如机械摩擦阻尼器。控制电机控制电机ABBCCDDEEAABCEABBCDDEACDEABCDE控制电机控制电机三、延续脉冲运转和动特性三、延续脉冲运转和动特性1、运转矩频特性、运转矩频特性 步进电机作单步运转时的最大允许负载步进电机作单步运转时的最大允许负载转矩为转矩为Tq ，但当控制

35、脉冲频率逐渐添加，电，但当控制脉冲频率逐渐添加，电机转速逐渐升高时，步进电机所能带动的最机转速逐渐升高时，步进电机所能带动的最大负载转矩值逐渐下降。这就是说，电机延大负载转矩值逐渐下降。这就是说，电机延续转动时所产生的最大输出转矩续转动时所产生的最大输出转矩 T 是随着脉是随着脉冲频率冲频率 f 的升高而减少的。的升高而减少的。 T 与与 f 两者之间两者之间的关系称为步进电动机运转矩频特性，它是的关系称为步进电动机运转矩频特性，它是一条下降的曲线。一条下降的曲线。控制电机控制电机电流放大电流放大步进电动机步进电动机 一相绕组一相绕组信号信号电压电压 来自来自分配器分配器T1Rf2D1Rf1i

36、+U 为什么控制为什么控制脉冲频率逐渐添脉冲频率逐渐添加以后，步进电加以后，步进电机的负载才干逐机的负载才干逐渐下降呢？这主渐下降呢？这主要是由于定子绕要是由于定子绕组电感的影响。组电感的影响。Tf控制电机控制电机 步进电机定步进电机定子绕组电感有延子绕组电感有延缓电流变化的特缓电流变化的特性，因此绕组的性，因此绕组的通电频率越高，通电频率越高，电流的平均值越电流的平均值越小，电机产生的小，电机产生的平均转矩越小，平均转矩越小，负载才干也就大负载才干也就大大下降了。大下降了。itti控制电机控制电机 当转子处当转子处于静止形状时，于静止形状时，假设转子上没假设转子上没有任何强迫作有任何强迫作用

37、，那么稳定用，那么稳定在坐标原点在坐标原点O。2、静稳定区和动稳定区、静稳定区和动稳定区eTo 假设在外力矩作用下使转子分开平衡点，那假设在外力矩作用下使转子分开平衡点，那么只需失调角在么只需失调角在- e + 范围内，去掉外力范围内，去掉外力矩后，在电磁转矩作用下转子仍能回到平衡位置矩后，在电磁转矩作用下转子仍能回到平衡位置O点。否那么转子就向前一齿或后一齿的平衡点点。否那么转子就向前一齿或后一齿的平衡点运动。所以运动。所以- e + 区域称作静稳定区。区域称作静稳定区。- 控制电机控制电机1e= /2 T11e= /4 T11e= 0 T11e= 1e= /2 T11e= 3/2 T1控制

38、电机控制电机eTo 假设切换假设切换通电绕组，这通电绕组，这时矩角特性向时矩角特性向前挪动一个步前挪动一个步距角。距角。 +be - +be o1 此时新的平衡点为此时新的平衡点为o1 ，对应它的静稳定区为，对应它的静稳定区为 - +be be +be 。在换接的瞬间，。在换接的瞬间，转子的位置只需在这个区域内，就能趋向新的稳转子的位置只需在这个区域内，就能趋向新的稳定平衡点，所以定平衡点，所以 - +be be Rf1i1 (R f1)tio控制电机控制电机 可以看出加大串联电阻可以看出加大串联电阻Rf1Rf1电流幅值也增大，波形更接近于电流幅值也增大，波形更接近于矩形。这样就可以增大转矩，

39、提矩形。这样就可以增大转矩，提高启动和延续运转频率，并使启高启动和延续运转频率，并使启动和运转矩频特性下降缓慢。动和运转矩频特性下降缓慢。 单一电压型电源只用一种电压，线路简单一电压型电源只用一种电压，线路简单，功放元件少，本钱低。但是它的最主要单，功放元件少，本钱低。但是它的最主要缺陷是电流流过串联电阻缺陷是电流流过串联电阻Rf1后要耗费非常后要耗费非常可观的电能。可观的电能。Rf1 Rf1T(Rf1) T(Rf1)fTo控制电机控制电机2、高低压切换型电源、高低压切换型电源控制控制信号信号 来自来自分配器分配器+U1高压高压Rf2D1步进电动机步进电动机 一相绕组一相绕组iT1T2Rf1D

40、2高压控高压控制回路制回路低压控低压控制回路制回路 +U2低压低压Ukatio 采用高低压采用高低压切换型电源，绕切换型电源，绕组中的电流组中的电流 i 如如以下图所示。以下图所示。控制电机控制电机3、其它型式的驱动电源、其它型式的驱动电源 除了上述两种常用的驱动电源外，还有除了上述两种常用的驱动电源外，还有其它新型的驱动电源线路，如带有多次电流其它新型的驱动电源线路，如带有多次电流检测的高低压驱动电源，单电压斩波恒流型检测的高低压驱动电源，单电压斩波恒流型驱动电源，细分电路等。驱动电源，细分电路等。二、分配方式对电机性能的影响二、分配方式对电机性能的影响 分配方式对输出转矩有很大影响。普通来

41、分配方式对输出转矩有很大影响。普通来说，同时通电的相数越多，维持电流不变的说，同时通电的相数越多，维持电流不变的相数也越多，转矩就越高。当然，随着相数相数也越多，转矩就越高。当然，随着相数的添加，电源输出功率及功耗都要相应地增的添加，电源输出功率及功耗都要相应地增大。大。7.4 7.4 步进电动机的主要性能目的和技术数据步进电动机的主要性能目的和技术数据一、最大静转矩一、最大静转矩Tjmax 步进电动机在规定的通电相数下，矩角特性上的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，称为最大静转矩转矩最大值，称为最大静转矩Tjmax 。绕组电流越大，。绕组电流越大，最大静转矩也越大。最大静

42、转矩也越大。ITjmax 通常技术数据中所规定的最大静转矩，通常技术数据中所规定的最大静转矩，指每相绕组通以额定电流时所得的值。指每相绕组通以额定电流时所得的值。普通负载转矩和最大静转矩的比为：普通负载转矩和最大静转矩的比为： 按最大静转矩值，步进电动机分为伺按最大静转矩值，步进电动机分为伺服步进电动机和功率步进电动机两种。服步进电动机和功率步进电动机两种。TL =0.3-0.5Tjmax控制电机控制电机二、步距角二、步距角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，转子转过的角度称步距角。称步距角。 步距角大小会直接影响步进电动机的启动和步距角大小会直接影响步进电动机的启动和运转频率。外型尺寸一样的电机，步距角小的往运转频率。外型尺寸一样的电机，步距角小的往往启动、运转频率比较高，但转速和输出功率不往启动、运转频率比较高，但转速和输出功率不一定高。一定高。控制电机控制电机 步进电动机驱动对象多是直线运动，需加装步进电动机驱动对象多是直线运动，需加