电机与电气控制技术项目教程 课件 刘玉娟 项目4 常用控制电机应用

电机与电气控制技术项目教程项目四常用控制电机应用任务一伺服电动机的应用项目概述随着自动控制系统的不断发展，在普通旋转电机的基础上产生出多种具有特殊性能的小功率电机。因其各种特殊的控制性能而常在自动控制系统中作为执行元件、检测元件和解算元件，统称为控制电机，也称特种电机。控制电机与普通电机从基本的电磁感应原理角度来说，本质上并没有差别，只是着重点不同普通旋转电机主要是进行能量变换，要求有较高的力能指标；而控制电机主要是对控制信号进行传递和变换，要求有较高的控制性能，如要求反应快、精度高、运行可靠等。控制电机可以分为驱动用控制电机和控制用电机两大类前者主要用来驱动各种机构、仪表以及各种电器等；后者是在自动控制系统中传递、变换和执行控制信号的小功率电机的总称，用作执行元件或信号元件。控制用的特种电机分为测量元件和执行元件测量元件包括旋转变压器，交、直流测速发电机等；执行元件主要有交、直流伺服电动机、步进电动机等。主要学习伺服电动机、步进电动机的结构、工作原理、分类、铭牌值。了解其使用方法和使用注意事项，能进行常见故障的分析排除。本项目知识目标熟悉伺服电动机、步进电动机的特点、用途与分类。01了解伺服电动机、步进电动机的基本结构。02了解伺服电动机、步进电动机的基本原理、特性。03了解伺服电动机、步进电动机的控制方法。04了解伺服电动机、步进电动机的应用。05学习目标能力目标认识伺服电动机、步进电动机的主要部件，说明主要部件的作用01能认识铭牌上型号参数的意义02能进行伺服电动机、步进电动机的控制03能进行伺服电动机、步进电动机的简单故障诊断和处理04能力目标学习过程中态度积极，主动求知。01养成科学严谨的工作态度。02具备举一反三的辩证思维能力。03学习任务单01任务引入02知识学习03任务实施04目录01学习任务单项目五常用控制电机应用学时

任务4.1伺服电动机的应用学时

任务描述结合实物、动画方式熟悉伺服电动机的结构，了解其工作原理，结合实物、图形方式了解伺服电动机的分类，识读其型号参数的意义，熟悉伺服电动机的性能、电气特征和工作特性等主要指标。任务流程观察伺服电动机的基本结构→熟悉各主要部件的作用→分析伺服电动机的工作原理→检测伺服电动机“伺服电动机的应用”学习任务单如表4-1所示。表4-1“伺服电动机的应用”学习任务单02任务引入伺服电动机又称为执行电动机，被广泛应用在自动控制系统中作为执行元件使用。机床、激光加工设备、机器人、自动化生产线、印刷设备、包装设备、纺织设备等对工艺精度、加工效率和工作可靠性等要求相对较高的设备。如它将输入的电压信号转变为转轴的转矩或速度输出，以驱动控制对象。改变输入信号的大小和极性可以改变伺服电动机的转速与转向，故输入的电压信号又称为控制信号或控制电压。没有控制信号时，转子静止不动；有控制信号时，转子立即转动；当信号消失，转子立刻自行停转（即无“自转”）。根据使用电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。02机械特性和调节特性为线性04快速响应01调速范围宽03无“自转”现象在自动控制系统中，对伺服电动机的性能有如下要求03知识学习按照励磁方式的不同一、直流伺服电动机01结构直流伺服电动机结构和原理与普通直流电动机的结构和原理没有根本区别。永磁式直流伺服电动机的磁极由永久磁铁制成，不需要励磁绕组和励磁电源。电磁式直流伺服电动机一般采用他励结构，磁极由励磁绕组构成，通过单独的励磁电源供电。直流伺服电动机分为永磁式直流伺服电动机和电磁式直流伺服电动机。按照转子结构的不同空心杯形转子直流伺服电动机由于其力能指标较低，现在已很少采用。无槽电枢直流伺服电动机的转子是直径较小的细长型圆柱铁芯，通过耐热树脂将电枢绕组固定在铁芯上，具有散热好、力能指标高、快速性好的特点。直流伺服电动机分为空心杯形转子直流伺服电动机和无槽电枢直流伺服电动机气隙小磁路不饱合与普通直流电动机相比，直流伺服电动机有以下特点（1）电枢电阻大电枢细长转动惯量小机械特性为软特性（2）02直流伺服电动机的工作原理和控制方式直流伺服电动机从原理上讲就是他励直流电动机，其工作原理与普通的他励直流电动机相同，只不过直流伺服电动机输出功率较小而已。直流伺服电动机的励磁绕组和电枢绕组分别装在定子和转子上当直流伺服电动机励磁绕组和电枢绕组都通过电流时，直流电动机转动起来当其中的一个绕组断电时，电动机立即停转。输入的控制信号，既可加到励磁绕组上，也可加到电枢绕组上一种称为电枢控制直流伺服电动机进行电枢控制时，在电动机的励磁绕组上加上恒压励磁，将控制电压作用于电枢绕组来进行控制，电枢绕组即为控制绕组.即直流伺服电动机有两种控制方式0102一种称为励磁控制在电动机的电枢绕组上施加恒压，将控制电压作用于励磁绕组来进行控制。另一种使用永久磁铁作磁极，省去励磁绕组,称为永磁式直流伺服电动机永磁式直流伺服电动机一种用励磁绕组通过直流电流进行励磁，称为电磁式直流伺服电动机电磁式直流伺服电动机励磁方式也分两种图4-1直流伺服电动机电枢控制原理图由于励磁控制有严重的缺点（调节特性在某一范围不是单值函数，每个转速对应两个控制信号），故使用的场合很少；电枢控制中回路电感小，响应快，电枢控制的特性好，所以在自动控制系统中大多采用电枢控制。在电枢控制方式下，作用于电枢的控制电压为Uc（下标c表示控制，也可用Ua表示电枢电压），励磁电压Uf保持不变，如图4-1所示。直流伺服电动机的机械特性表达式为式中Ce为电势常数；CT为转矩常数；Ra为电枢回路电阻。伺服电动机的机械特性，指控制电压一定时转速随转矩变化的关系当作用于电枢回路的控制电压Uc不变时，转矩T增大时转速n降低，转矩的增加与电动机的转速降成正比，转矩T与转速n之间成线性关系，不同控制电压作用下的机械特性如图4-2a所示a)机械特性图4-2直流伺服电动机的特性电枢控制时的直流伺服电动机的机械特性是线性的，而且存在“自转”现象（控制信号消失后，电机仍不停止转动的现象叫“自转”现象），在自动控制系统中是一种很好的执行元件。当电动机的转矩T不变时，控制电压的增加与转速的增加成正比，转速n与控制电压Uc也成线性关系。不同转矩时的调节特性如图4-2b所示。伺服电动机的调节特性是指在一定的负载转矩下，电动机稳态转速随控制电压变化的关系b)调节特性图4-2直流伺服电动机的特性由图可知当转速n＝0时，不同转矩T所需要的控制电压Uc也是不同的，只有当电枢电压大于这个电压值，电动机才会转动，调节特性与横轴的交点所对应的电压值称始动电压。负载转矩TL不同时，始动电压也不同，负载转矩TL越大，始动电压就越高，死区越大。负载越大，死区越大，伺服电机越不灵敏，所以适用于负载较小的场合。缺点直流伺服电动机的机械特性和调节特性的线性度好调整范围大起动转矩大效率高01电枢电流较大02电刷和换向器维护工作量大03接触电阻不稳定04电刷与换向器之间的火花有可能对控制系统产生干扰如图4-3所示为交流伺服电动机的实物及工作原理示意图。二、交流伺服电动机01工作原理图4-3交流伺服电动机a)实物图b)工作原理示意图

在单相异步电动机中，当转子转动起来以后，断开起动绕组，电动机仍然能够转动。如果在交流伺服电动机中，控制绕组断开后，电动机仍然转动，那么伺服电动机就处于“自转”状态，这是控制系统不能允许的。交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机有相似之处交流伺服电动机励磁绕组f和控制绕组c在空间位置上相差90º电角度，工作时，励磁绕组接入恒定交流电压，控制绕组由伺服放大器供电通入控制电压，两个电压的频率相同，并且在相位上也相差90º电角度。这样，两个绕组共同作用在电动机内部产生了一个旋转磁场，在旋转磁场的作用下会在转子中产生感应电动势和电流，转子电流与旋转磁场相互作用产生电磁转矩，驱动转子转动。如果电机参数与一般的单相异步电动机一样，那么当控制信号消失时，电机转速虽会下降些，但仍会继续不停地转动。伺服电动机在控制信号消失后仍继续旋转的失控现象称为“自转”。“自转”的原因是控制电压消失后，电机仍有与原转速方向一致的电磁转矩。当交流伺服电动机的励磁绕组接到励磁电流上若控制绕组加上的控制电压，控制电压为0时（即无控制电压），所产生的是脉振磁通势，所建立的是脉振磁场，电机无起动转矩；当控制绕组加上的控制电压不为0且产生的控制电流与励磁电流的相位不同时，建立起椭圆形旋转磁场，于是产生起动力矩，电机转子转动起来。当转子电阻较小（临界转差率Sm<1）时伺服电动机的机械特性如图4-4a所示，曲线T+为正向旋转磁场作用下的机械特性，曲线T−为反向旋转磁场作用下的机械特性，曲线T为合成机械特性曲线，可以看出，电磁转矩的方向与转速的方向相同，电动机仍然能够转动。如何消除伺服电动机的“自转”现象呢?只需要增加伺服电动机的转子电阻就可以了。当控制绕组断开后，只有励磁绕组起到励磁作用，单相交流绕组产生的是一个脉振磁场，脉振磁场可以分解为两个方向相反大小相同的旋转磁场。a)Sm<1时的机械特性图4-4交流电动机单相励磁时的机械特性当转子电阻较大（Sm≥1）时曲线T为合成机械特性曲线，可以看出，电磁转矩与伺服电动机的机械特性如图4-4b所示，转速的方向相反，在电磁转矩的作用下，电动机能够迅速地停止转动，从而消除了交流伺服电动机的“自转”。图4-4交流电动机单相励磁时的机械特性b)Sm≥1时机械特性简单说消除“自转”的方法是消除与原转速方向一致的电磁转矩，同时产生一个与原转速方向相反的电磁转矩，使电机在控制电压消失时停止转动。可以通过增加转子电阻的办法来消除“自转”。02基本结构交流伺服电动机在结构上类似于单相异步电动机，它的定子铁心中安放着空间相差90º电角度的两相绕组，一相称为励磁绕组，一相称为控制绕组。电动机工作时，励磁绕组接单相交流电压，控制绕组接控制信号电压，要求两相电压要同频率。转子主要有两种结构形式：（1）笼型转子交流伺服电动机的笼型转子和单相异步电动机的笼型转子一样，但其笼型转子的导条采用高电阻率的导电材料制造，如青铜、黄铜。另外，为了提高交流伺服电动机的快速响应性能，伺服电机笼型转子做成又细又长，从而减小了转子的转动惯量，降低了电动机的机电时间常数。笼型转子交流伺服电动机体积较大，气隙小，所需的励磁电流小，功率因数较高，电动机的机械强度大，但快速响应性能稍差，低速运行也不够平稳。（2）非磁性空心杯转子非磁性空心杯转子交流伺服电动机转子做成了杯形结构，为了减小气隙，在杯形转子内还有一个内定子，内定子一般不放绕组，仅起导磁作用；外定子铁芯槽内安放有励磁绕组和控制绕组，空心杯转子交流伺服电动机结构示意图如图4-5所示。空心杯转子位于内外定子之间，通常用非磁性材（如铜、铝或铝合金）制成，杯壁厚0.2～0.8mm，故称空心杯，杯形转子转动惯量小且具有较大的电阻，在电机旋转磁场作用下，杯形转子内感应产生涡流，涡流与主磁场作用产生电磁转矩，使杯形转子转动起来。图4-5空心杯转子交流伺服电动机结构示意图由于非磁性空心杯转子的壁厚约为0.2～0.6mm，转动惯量很小，故电动机快速响应性能好，而且运转平稳平滑，无抖动现象。由于使用内外定子，气隙较大，故励磁电流较大，体积也较大。03控制方法在交流伺服电动机中，除了要求电动机不能

”自转“外，还要求改变加在控制绕组上的电压的大小和相位，能够控制交流伺服电动机转速的大小和方向。改变控制绕组中控制电压的相位，可以改变两相绕组的超前滞后的相位关系，从而改变旋转磁场的旋转方向，交流伺服电动机转速方向也会发生变化。改变控制电压的大小和相位，可以改变旋转磁场的磁通，从而改变电动机的电磁转矩，交流伺服电动机转速也会发生变化。交流电动机的转速控制方法有幅值控制、相位控制和幅相控制三种。励磁绕组和控制绕组共同作用产生的是一个旋转磁场，旋转磁场的旋转方向是由相位超前的那一相绕组转向相位滞后的那一相绕组。（1）幅值控制幅值控制是保持控制电压

与励磁电压

之间的相位差不变，并等于90º电角度的相位关系，通过改变控制电压的幅值来控制电动机的转速，其原理如图4-6所示。图4-6幅值控制由图中可见，励磁绕组f

恒接于大小和相位不变的交流电压

进行励磁，控制绕组c加控制电压,它是通过移相器使相位较粒子励磁绕组电压

相差90度电角并保持不变，然后用电位器来调节控制电压的大小对伺

服电动机进行控制。当控制电压=0,则转速为0，电动机停转。（2）相位控制图4-7相位控制相位控制是保持控制电压的幅值不变，通过调节控制电压的相位，从而改变控制电压与励磁电压之间的相位角来控制电动机的转速，其原理如图4-7所示。通过移相器可以改变控制电压与励磁电压

之间的相位角，当其相位角为00时，则转速为0，电动机停转。（3）幅相控制幅相控制是指通过同时改变控制电压的幅值及与之间的相位角来控制电动机的转速。具体方法是在励磁绕组回路中串入一个移相电容C，再接到稳压电源上，这时励磁绕组上的电压

=-控制绕组上加与

相同的控制电压

。那么当改变控制电压

幅值来控制电动机转速时，由于转子组与励磁绕组之间的耦合作用，励磁绕组的电流也随着转速的化而发生变化，而使励磁绕组两端的电压及电容C上的电压也随之变化。这样改变幅值的结果使、的幅值，所以属于幅值和相位复合控制方式，如图4-8所示。当控制电压=0，电动机的转速为0，使电动机停转。图4-8幅相控制在幅相控制方式中，励磁回路中所接的电容在选择时要尽量使电动机起动时两相绕组产生的磁动势大小相等、相位差为90º，以保证电动机有良好的起动性能。在三种控制方法中，虽然幅相控制的机械特性和调节特性最差，但由于这种方法所采用的控制设备简单，不用移相装置，应用最为广泛。伺服电动机在自动控制系统中作为执行元件，当输入控制电压后，伺服电动机能按照控制信号的要求驱动工作机械。伺服电动机在工业机器人、机床，各种测量仪器、办公设备以及计算机关联设备等场合获得广泛应用。下面介绍交流伺服电动机在测温仪表电子电位差计中的应用。04伺服电动机的应用图4-9电子电位差计原理图如图4-9所示为电子电位差计原理图。该系统主要由热电偶、电桥电路、变流器、放大器与交流伺服电动机等组成。在测量温度时，将开关SA搬向b处，将热电偶接入。热电偶将被测的温度转换成热电动势Et，而电桥电路中电阻R2上的电压I0R2是用来平衡Et的，当两者不相等时将产生不平衡电压△U，而△U经过变流器变换为交流电压，再经过放大器放大，用来驱动伺服电动机SM。电动机经减速后带动测温仪指针偏转，同时驱动滑线电阻器的滑动端移动。当滑线电阻器R2达到一定值时，电桥达到平衡，伺服电动机停转，指针停留在一个转角α处。由于测温仪的指针被伺服电动机所驱动，而偏转角度α与被测温度t之间存在着对应的关系，因此，可从测温仪刻录盘上直接读得被测温度t的值。在测温前，将开关SA扳到a位，将电动势E0的标准电池接入；然后调节R3，然后调节R3，使I0（R1+R2）=E0,△U=0,此时的电流I0为标准值。在测温时，要保持I0为恒定的标准值。当被测温度上升或下降时，△U的极性不同，亦即控制电压的相位不同，从而使得伺服电动机正向或反向运转，电桥电路重新达到平衡，从而测得相应的温度。04任务实施一、说明直流伺服电动机的型号1

JSF：无电刷直流伺服电动机。260：电动机的外径（mm）。340：额定功率，以10W为单位，此时的额定功率为400W430：额定转速，以100r/min为单位，此时的额定转速为3000r/min。5D：额定电压，A—24V;B—36V;C—48V;D—72V6F：装配选项，K—键槽；F—扁平轴；S—光轴；G—减速机；P—特殊制作。7100：编码器的分辨率。以JSF-60-40-30-DF-100为例说明直流伺服电动机的型号参数。二、说明交流伺服电动机的型号以SM100-050-30LFB为例说明交流伺服电动机的型号参数01表示电动机为正弦交流信号驱动的永磁同步交流伺服电动机。SM02电动机的外径（mm）。10003电动机的额定转距（N.m）,其值为三位数乘以0.1。.05004电动机的额定转速（r/min）,其值为两位数乘以100。3005电动机适配驱动器的工作电压。L—AC220V；H—AC380V。L或H06表示反馈元件的规格，F—复合式增量编码器；F1—省线式增量编码器；R1—对极旋转变压器。F、F1或R107电动类型，基本型。B三、对比交直流伺服电动机根据所学内容，查阅相关资料从结构、机械特性、有无可能出现“自传”现象、效率等方面进行比较，建立感性认识，能根据具体使用情况，合理选用。本小节结束！电机与电气控制技术项目教程项目四常用控制电机应用任务二

步进电动机的应用Content学习任务单01任务引入02知识学习03任务实施04目录步进电动机的应用十分广泛，如经济型数控机床中刀具的进给、绘图机、机器人、计算机的外部设备及自动记录仪表等。它主要应用于工作难度大、速度快及精度高的场合，尤其是电力电子技术和微电子技术的发展，为步进电动机的应用开辟了十分广阔的前景。01学习任务单项目四常用控制电机的应用学时

任务4.2步进电动机的应用学时

任务描述结合实物、图形方式了解步进电动机的分类，识读其铭牌参数的意义，熟悉步进服电动机的性能、电气特征和工作特性等主要指标，正确选用步进电动机。任务流程弄清步进电动机的类别→了解使用注意问题→熟悉铭牌参数→了解步进电动机的型号及产品系列表4-3“步进电动机的应用”学习任务单

“步进电动机的应用”的学习任务单如表4-3所示。02任务引入下面以三相反应式步进电动机为例，介绍步进电动机的结构、工作原理及应用。步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移的电动机，每当一个电脉冲加到步进电动机的控制绕组上时，它的轴就转动一定的角度，角位移量与电脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，又被称为脉冲电动机。在数字控制系统中步进电动机常用作执行元件，如步进电动机在数控开环系统中的应用。步进电动机按相数单相两相三相多相按励磁方式反应式步进电动机的定、转子铁心都由硅钢片叠压而成；反应式永磁式步进电动机的转子用永磁材料制成，二者定子上有绕组；永磁式混合式步进电动机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。混合式03知识学习一、步进电动机结构图4-10三相反应式步进电动机的结构示意图反应式步进电动机具有结构简单、反应灵敏及速度快等优点得到广泛应用。反应式步进电动机的定子相数一般为2～6个，定子磁极数为定子相数的2倍。如图4-10所示为三相反应式步进电动机的典型结构示意图。定子上有均匀分布的六个磁极，每两个相对的磁极组成一相，同一相上的控制绕组可以并联或串联，三相绕组；转子铁心上没有绕组，只有四个齿，齿宽等于定子极靴宽。二、工作原理三相反应式步进电动机的工作原理图如图4-11所示如图4-11a)所示当A相控制绕组通电，B、C两相控制绕组不通电时，由于磁力线总是通过磁阻最小的路径闭合，转子将受到磁阻转矩的作用，使转子齿1和3与定子A相磁级轴线对齐，（步进电动机的绕组也可以用U相、V相、W相命名）。图4-11三相反应式步进电动机单三拍控制时的工作原理a）

A相通电

二、工作原理三相反应式步进电动机的工作原理图如图4-11所示如图4-11b)所示此时磁力线所通过的磁路磁阻最小，磁导最大，转子只受径向力而无切向力作用，转子停止转动。当B相控制绕组通电，A、C两相控制绕组不通电时，与B相磁极最近的转子齿2和4会旋转到与B相磁极相对，转子顺时针转过30º。图4-11三相反应式步进电动机单三拍控制时的工作原理b）

B相通电

二、工作原理三相反应式步进电动机的工作原理图如图4-11所示如图4-11c)所示。当C相控制绕组通电，A、B两相控制绕组不通电，与C相磁极最近的转子齿1和3会旋转到与C相磁极相对，转子再次顺时针转过30º。图4-11三相反应式步进电动机单三拍控制时的工作原理c）

C相通电

这样按A-B-C-A的顺序轮流给各相控制绕组通电，转子就会在磁阻转矩的作用下按顺时针方向一步一步的转动。步进电动机的转速取决于绕组变换通电状态的频率，即输入脉冲的频率，旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序，若通电顺序为A-C-B-A，则步进电动机反向旋转。控制绕组从一种通电状态变换到另一种通电状态叫做“一拍”，每一拍转子转过的角度称为步距角θb。每次只有一相控制绕组通电，切换三次为一个循环，称为三相单三拍控制方式。三相单三拍控制方式由于每次只有一相通电，转子在平衡位置附近来回摆动，运行不稳定，很少采用。三相步进电动机除了单三相控制方式外，还有三相双三拍控制方式和三相单、双六拍控制方式。上面的通电方式的特点是图4-12步进电机的三相单、双六拍运行方式三相双三拍控制的通电顺序为AB-BC-CA-AB，每次有两相绕组同时通电，每一循环也需要切换三次，步距角与三相单三拍控制方式相同，也为30º。三相单、双六拍控制方式的通电顺序为A-AB-B-BC-C-CA-A，如图图4-12所示，首先A相通电，然后A、B两相同时通电，再断开A相使B相单独通电，再使B、C两相同时通电，依此顺序不断轮流通电，完成一次循环需要六拍。三相六拍控制方式的步距角只有三相单三拍和双三拍的一半，为15º。设转子齿数为Zr，转子转过一个齿距需要的拍数为N，则步距角为三相双三拍控制方式和三相六拍控制方式在切换过程中始终保证有一相持续通电，力图使转子保持原有位置，工作比较平稳。

（4-2）（4-3）可见，磁阻式步进电动机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，与电压和负载等因素无关。在转子齿数一定时，转速与输入脉冲频率成正比，与拍数成反比。三相磁阻式步进电动机模型的步距角太大，难于满足生产中小位移量的要求，为了减小步距角，实际中将转子和定子磁极都加工成多齿结构。单三拍通电方式没有这种作用，在切换瞬间，转子失去自锁能力，容易失步（即转子转动步数与拍数不相等），在平衡位置也容易产生振荡。转子齿数为Zr＝40个，齿沿转子圆周均匀分布，齿和槽的宽度相等，齿间夹角为9º；定子上有六个磁极，每极的极靴上均匀分布有五个齿，齿宽和槽宽相等，齿间夹角也是9º。磁极上装有控制绕组，相对的两个极的绕组串联起来并且连接成三相星形。每个定子磁极的极距为60º，每个极距所占的齿距数不是整数，当A-A′相绕组通电，A-A′相磁极下的定、转子齿对齐时，B-B′磁极和C-C′磁极下的齿就无法对齐，依次错开1/3齿距角（即错开3º）。一般的，m相异步电动机，依次错开的距离为1/m齿距。如图4-13所示是小步距角的三相反应式步进电动机的结构图图4-13小步距角的三相反应式步进电动机结构示意图如果采用三相单三拍通电方式进行控制当A相通电时，A磁极的定子齿和转子齿完全对齐，而B磁极和B磁极下的定子齿和转子齿无法对齐，依次错开1/3和2/3齿距（即3º和6º）；当A相断电，B相通电时，B磁极下的定子齿和转子齿就会完全对齐，转子转过1/3齿距；同样的，当B相断电，C相通电时，转子会再次转过1/3齿距。不难看出，通电方式循环改变一轮后，转子就转过一个齿距。如果采用三相六拍通电时，步距角为通电方式循环一轮需要三拍，则步距角θb为3º，我们也可由步距角计算公式计算得出步距角为转子转过一个齿距所需的运行拍数取决于步进电动机的相数和通电方式，增加相数也可以减小步距角。但相数增多，所需驱动电路就越复杂。常用的步进电动机除了三相以外，还有四相、五相和六相的步进电动机。图4-13所示的步进电动机的齿距角为9º，采用三相单三拍通电时设控制脉冲的频率为f，则转子转速为设控制脉冲的频率为f，则转子转速为图4-13小步距角的三相反应式步进电动机结构示意图三、步进电动机的静态指标术语1.拍数步进电动机完成一个磁场周期性变化所需脉冲数，或转过一个齿距角所需脉冲数。以四相步进电动机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。2.步距角步距角也称为步距，是指步进电动机改变一次通电方式转子转过的角度。步距角与定子绕组的相数、转子的齿数和通电方式有关。步进电动机转子转过的角位移用θ表示。θ=360°/（转子齿数Z*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例，四拍运行时步距角为θ=360°/（50*4）=1.8°（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360°/（50*8）=0.9°（俗称半步）。目前我国步进电动机的步距角为0.36º～90º，常用的有7.5º/15º、3º/6º、1.5º/3º、0.9º/1.8º、0.75º/1.5º、0.6º/1.2º、0.36º/0.72º等几种。3.最大静转矩步进电动机的静特性，是指步进电动机在稳定状态（即步进电动机处于通电状态不变，转子保持不动的定位状态）时的特性，包括静转矩、矩角特性及静态稳定区。静转矩是指步进电动机处于稳定状态下的电磁转矩。在稳定状态下，如果在转子轴上加上负载转矩使转子转过一定角度θ，并能稳定下来，这时转子受到的电磁转矩与负载转矩相等，该电磁转矩即为静转矩，而角度θ即为失调角。对应于某个失调角时，静转矩最大，称为最大静转矩。静转矩是衡量步进电动机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。4.步距角精度步进电动机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示为：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。5.失步步进电动机运转时的步数，不等于理论上的步数，称之为失步。9.步进电动机连续运行频率f是指步进电动机起动后，当控制脉冲连续上升时，能不失步运行的最高频率，负载越小，连续运行频率越高。在带动相同负载时，步进电动机的连续运行频率比起动频率高得多。8.步进电动机起动频率fst是指在一定负载转矩下能够不失步起动的最高脉冲频率。Fst的大小与驱动电路和负载大小有关。步距角θb越小，负载越小，则起动频率越高。7.步进电动机的工作频率一般包括起动频率、制动频率和连续运行频率。对同样的负载转矩来说，正、反向的起动频率和制动频率是一样的，所以一般技术数据中只给出起动频率和连续运行频率。6.失调角转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度。步进电动机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。12.运行矩频特性步进电动机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是步进电动机诸多动态曲线中最重要的，也是步进电动机选择的根本依据。当步进电动机的控制绕组的电脉冲时间间隔大于其机电过渡过程所需的时间，步进电动机进入连续运行状态，这时步进电动机产生的转矩称为动态转矩。步进电动机的动态转矩和脉冲频率的关系称为矩频特性。步进电动机的动态转矩随着脉冲频率的升高而降低。11.最大空载的运行频率步进电动机在某种驱动形式、电压及额定电流下，不带负载的最高转速频率。10.最大空载起动频率步进电动机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。型号为110BF3的反应式步进电动机的含义如下：四、步进电动机的型号说明反应式步进电动机的型号表示1.电动机的外径（mm）110反应式步进电动机BF定子绕组的相数3型号为55BYG4的混合式步进电动机的含义如下:混合式步进电动机的型号表示2.电动机的外径（mm）55混合式步进电动机BYG励磁绕组的相数4步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受各种环境条件诸如温度、压力、振动、冲击等影响，而仅仅与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低可以大范围地调节电机的转速，并能实现快速起动、制动、反转，而且有自锁的能力，不需要机械制动装置，不经减速器也可获得低速运行。它每转过一周的步数是固定的，只要不丢步，角位移误差不存在