兩相混合式步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)綜述

1、13.5 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)及其驅(qū)動(dòng)技術(shù)1. 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)2. 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)工作原理3. 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)4. 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的主要特性和技術(shù)指標(biāo)2 前面講述的各種伺服電機(jī)必須通過(guò)閉環(huán)實(shí)現(xiàn)位置伺服。 而步進(jìn)電機(jī)在開(kāi)環(huán)狀態(tài)就能實(shí)現(xiàn)精確的位置控制。 開(kāi)環(huán)較之閉環(huán)有如下好處：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，例如省去位置傳感器及其信號(hào)處理電路。沒(méi)有控制參數(shù)設(shè)計(jì)及其調(diào)試的問(wèn)題。不存在穩(wěn)定性問(wèn)題。接線簡(jiǎn)單。3三種類(lèi)型的步進(jìn)電機(jī)三種類(lèi)型的步進(jìn)電機(jī) 永磁式步進(jìn)電機(jī)（Permanent magnet motors，PM) 變磁阻步進(jìn)電機(jī)(Variable Reluctanc

2、e，VR)或稱(chēng)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)； 混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(Hybrid，HB) 定子繞組相數(shù)可分為兩相、三相、四相、五相等。 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛。41. 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu) 電機(jī)的定子定子上有八個(gè)繞有線圈的鐵心磁極； 八個(gè)線圈串接成A、B兩相繞組； 每個(gè)定子磁極邊緣有多個(gè)小齒，一般多為五或六齒。5 轉(zhuǎn)子由兩段有齒環(huán)形轉(zhuǎn)子鐵心、裝在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)部的環(huán)形磁鋼及軸承、軸組成。 將環(huán)形磁鋼沿軸向充磁，兩段轉(zhuǎn)子鐵心的一端呈N極性，另一端呈S極性，分別稱(chēng)之為N段轉(zhuǎn)子段轉(zhuǎn)子和S段轉(zhuǎn)子段轉(zhuǎn)子。 轉(zhuǎn)子鐵心的邊緣加工有小齒，一般為50個(gè)，齒距為7.2。 兩段轉(zhuǎn)子的小齒相互錯(cuò)開(kāi)1

3、/2齒距。62. 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)工作原理兩相混合式步進(jìn)電機(jī)工作原理 定子上有四個(gè)繞有線圈的磁極（齒），相對(duì)磁極的線圈串聯(lián) 組成兩相繞組。 由于同一相繞組兩個(gè)線圈繞線的方向相反，通過(guò)同一電流時(shí)所 產(chǎn) 生的磁場(chǎng)方向也相反。 電流從相反方向流過(guò)同一相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向也相反。 轉(zhuǎn)子由兩段永磁體組成，一段呈N極性，一段呈S極性。 每段永磁體有3個(gè)齒，齒距為120度，N極齒和S極齒彼此 錯(cuò)開(kāi)1/2齒距。每轉(zhuǎn)每轉(zhuǎn)12步的模型電機(jī)步的模型電機(jī)71）不通電狀態(tài)）不通電狀態(tài) 在繞組不通電時(shí)，由于磁通總是沿磁阻最小的路徑通過(guò)， 磁通從N極性轉(zhuǎn)子經(jīng)定子極回到S極性轉(zhuǎn)子。 由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的吸引作用，當(dāng)外力力圖使軸轉(zhuǎn)

4、動(dòng)時(shí)，會(huì)有一個(gè)反向力矩阻止這種轉(zhuǎn)動(dòng)，稱(chēng)為自鎖（自鎖（detent)力矩力矩。82）單四拍工作狀態(tài)）單四拍工作狀態(tài)n初始狀態(tài)，A相通電產(chǎn)生保持力矩保持力矩；nB相通電，定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)90度，吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/4齒距（30度）；n/A 相通電、 /B相、 A相通電定子磁場(chǎng)各旋轉(zhuǎn)90度，各吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/4齒距（30度）；n4步一個(gè)循環(huán)后共轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距120度，12步后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周。n每一次僅一相繞組通電，四拍一個(gè)循環(huán)，稱(chēng)之為單四拍工作狀態(tài)單四拍工作狀態(tài)93）雙四拍工作狀態(tài)）雙四拍工作狀態(tài)n初始狀態(tài)， A相、B相同時(shí)通電，由于兩個(gè)定子齒的吸引，轉(zhuǎn)子移動(dòng)1/8齒距15度，停在一個(gè)中間的位置；nB/A相通電

5、，定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)90度吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/4齒距30度； n/A/B、/BA、AB各相通電，定子磁場(chǎng)各旋轉(zhuǎn)90度，各吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/4齒距30度；n4步一個(gè)循環(huán)后共轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距120度， 12步后轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周；n每一次兩相繞組通電，四拍一個(gè)循環(huán)，稱(chēng)之為雙四拍工作狀態(tài)雙四拍工作狀態(tài)n因?yàn)閮蓚€(gè)線圈同時(shí)通電，產(chǎn)生的力矩比單四拍要大。 10 4）n在單四拍工作方式基礎(chǔ)上，在每?jī)蓚€(gè)單拍之間插入一個(gè)雙拍工作狀態(tài)，就成為單、雙八拍工作方式。 n交替使一個(gè)線圈和兩個(gè)線圈通電，每一步轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)1/8齒距即15度，經(jīng)過(guò)這8拍以后，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距120度。n旋轉(zhuǎn)一周需24步。11 單、雙八拍工作方式的缺點(diǎn)是產(chǎn)生“強(qiáng)、弱步

6、”的現(xiàn)象，可利用的力矩被弱步力矩所限制，力矩的波動(dòng)較大。 為了消除“強(qiáng)、弱步”現(xiàn)象，并使電機(jī)按強(qiáng)步力矩輸出，可以在弱步時(shí)繞組通以?xún)杀兜碾娏鳎瑢?duì)弱步力矩進(jìn)行補(bǔ)償。 優(yōu)點(diǎn)是步距角小，電機(jī)運(yùn)行將更平穩(wěn)。125）微步距工作方式）微步距工作方式 在雙四拍工作方式中，當(dāng)兩相繞組通以相等的電流時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)子停在一個(gè)中間的位置。如果兩相繞組電流不等，轉(zhuǎn)子位置將朝電流大的定子極方向偏移。 利用這個(gè)現(xiàn)象我們可使電機(jī)工作在微步距方式：將兩相繞組中的電流分別按正弦和余弦的輪廓呈階梯式變化。則每個(gè)整步距就分成了若干微步距。 微步距方式的步距角更小，將使電機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)。13 一般稱(chēng)單四拍和雙四拍工作方式為整步距方式；單、

7、雙八拍工作方式為半步距方式半步距方式。 步進(jìn)電機(jī)中定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩： 定子磁勢(shì)IW（安匝），I為相電流，W為繞組匝數(shù)。 轉(zhuǎn)子磁勢(shì)是由轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的，它是一個(gè)常數(shù)。 所以當(dāng)定子線圈匝數(shù)、轉(zhuǎn)子磁鋼磁性能及定、轉(zhuǎn)子鐵心材料、尺寸已確定的情況下，電機(jī)產(chǎn)生的力矩由定子繞組電流決定。145）實(shí)際電機(jī)的工作原理）實(shí)際電機(jī)的工作原理n 線圈1、5、3、7串聯(lián)組成A相繞組；線 圈2、6、4、8串聯(lián)組成B相繞組。n 每一相四個(gè)繞組的繞線方向不同，通電 后每個(gè)繞組所在定子磁極的極性不同。n 假定線圈1、5所在的磁極為N極，則線 圈3、7所在的磁極為S極。15 定子磁極上有40個(gè)（或48個(gè)）齒，齒

8、距為7.2 兩段轉(zhuǎn)子鐵心上各有50小齒，齒距為7.2，但兩段轉(zhuǎn)子的小齒相互錯(cuò)開(kāi)1/2齒距 定子齒和轉(zhuǎn)子齒齒距相等。16模型電機(jī)和實(shí)際電機(jī)的比較模型電機(jī)和實(shí)際電機(jī)的比較 模型電機(jī) 實(shí)際電機(jī) 轉(zhuǎn)子齒數(shù) 3 50轉(zhuǎn)子齒距 120度 7.2度整步 距 1/4齒距30度 1/4齒距1.8度半步距 1/8齒距15度 1/8齒距0.9度整步一周節(jié)拍數(shù) 12 200 半步一周節(jié)拍數(shù) 24 400 173. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù) 接口電路接口電路用光電隔離方式將運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器連接起來(lái)，避免驅(qū)動(dòng)器中的大電流干擾信號(hào)經(jīng)地線竄入運(yùn)動(dòng)控制器電路。 環(huán)形分配器環(huán)形分配器將脈沖及方向信號(hào)按設(shè)定的節(jié)拍方式，轉(zhuǎn)

9、換為功放管的導(dǎo)通和截止信號(hào)，從而控制各相繞組的通電和斷電。 功率放大器功率放大器將電源功率轉(zhuǎn)換為電機(jī)輸出功率驅(qū)動(dòng)負(fù)載運(yùn)動(dòng)。18驅(qū)動(dòng)器的接線圖驅(qū)動(dòng)器的接線圖191）接口電路）接口電路 接口電路用光電隔離方式將運(yùn)動(dòng)控制器和驅(qū)動(dòng)器連接起來(lái)。 這種隔離方式可避免驅(qū)動(dòng)器中的大電流干擾信號(hào)經(jīng)地線竄入運(yùn)動(dòng)控制器。 運(yùn)動(dòng)控制器采用開(kāi)集電極方式向驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖及方向信號(hào)。這是一典型的“共陽(yáng)極”接法 報(bào)警信號(hào)是由驅(qū)動(dòng)器經(jīng)開(kāi)集電極方式連接到運(yùn)動(dòng)控制器中。202）環(huán)形分配器）環(huán)形分配器 環(huán)形分配器環(huán)形分配器將脈沖及方向信號(hào)按設(shè)定的節(jié)拍方式，轉(zhuǎn)換為功放管的導(dǎo)通和截止信號(hào)，從而控制各相繞組的通電和斷電。 環(huán)形分配器可由多

10、種方式實(shí)現(xiàn)：l 專(zhuān)用集成電路；l 用計(jì)數(shù)器及EPROM存儲(chǔ)器構(gòu)成；l 用可編程邏輯器件寫(xiě)入邏輯關(guān)系實(shí)現(xiàn)；l 由單片機(jī)或DSP類(lèi)器件通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)。21例例 一種環(huán)形分配器實(shí)現(xiàn)方案一種環(huán)形分配器實(shí)現(xiàn)方案n 74LS191是一種十六進(jìn)制可逆可逆計(jì)數(shù)器。其輸出的數(shù)值由輸入的 脈沖個(gè)數(shù)及方向信號(hào)電平高低決定。n n 22單、雙八拍運(yùn)動(dòng)方式的數(shù)據(jù)表單、雙八拍運(yùn)動(dòng)方式的數(shù)據(jù)表23雙四拍運(yùn)行方式的數(shù)據(jù)表雙四拍運(yùn)行方式的數(shù)據(jù)表nA4接地時(shí)，可選通00H0FH之間的十六個(gè)地址。該 地址空間存儲(chǔ)了循環(huán)的單、雙八拍運(yùn)動(dòng)方式的數(shù)據(jù)表n A4接5V時(shí)，可選通10H1FH之間的十六個(gè)地址。該地址空間存儲(chǔ)了循環(huán)的雙四拍運(yùn)行方

11、式的數(shù)據(jù)表。243）功率放大單電壓驅(qū)動(dòng)方式 由于時(shí)間常數(shù)Te=L/R的作用，相應(yīng)的平均電流減少而導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩下降。 穩(wěn)態(tài)時(shí)電流由電源電壓和繞組電阻R決定，由于R比較小，電源電壓不能太高，這也限制了電流上升速度。 一般加電阻Rs解決上面兩個(gè)問(wèn)題，但本身消耗功率太大。 這種驅(qū)動(dòng)線路雖然簡(jiǎn)單、成本低，但效率太低，現(xiàn)已很少采用。254）功率放大恒流斬波驅(qū)動(dòng)方式Usna:T1,T4導(dǎo)通;nb:T4關(guān)斷，T1,D2導(dǎo)通nc:T1,T2,T3,T4關(guān)斷 D3,D2導(dǎo)通nd:T2,T3導(dǎo)通ne:T3關(guān)斷，T2,D1導(dǎo)通nf: T1,T2,T3,T4關(guān)斷 D1,D4導(dǎo)通n電流值由Vgn斬波頻率由單穩(wěn)時(shí)間決定,一

12、般20KHZ26 四只功率MOSFEF和四只續(xù)流二極管構(gòu)成H橋開(kāi)關(guān)電路； 每相定子繞組的兩個(gè)引出線分別與橋臂的兩個(gè)中點(diǎn)連接。顯然，需要兩個(gè)這樣的電路才能驅(qū)動(dòng)一臺(tái)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)； T1和T2是有電流測(cè)量極的MOSFET功率管， 其電流經(jīng)放大后與一給定電壓Vg比較，比較的結(jié)果經(jīng)單穩(wěn)電路延遲后控制T3和T4的導(dǎo)通與截止。2728 特點(diǎn)特點(diǎn)n電源電壓可以較高，使電流上升更快；n輸出電流不受電源電壓波動(dòng)影響，n高效率；n存在諧波，使電機(jī)、開(kāi)關(guān)器件發(fā)熱；n高頻噪聲對(duì)周邊設(shè)備產(chǎn)生干擾；29位置、速度和力矩控制位置、速度和力矩控制 無(wú)論電機(jī)工作在整步距、半步距還是微步距，驅(qū)動(dòng)器每輸入一個(gè)脈沖，電機(jī)運(yùn)行一個(gè)

13、步距角。實(shí)現(xiàn)位置控制。 當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸入脈沖頻率改變時(shí)，換相節(jié)拍的速度改變， 定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)速度改變，實(shí)現(xiàn)速度控制。 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩取決于相電流，而相電流僅由驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的Vg控制，一般驅(qū)動(dòng)器中這個(gè)值都是固定的，因此步進(jìn)電機(jī)一般不能實(shí)現(xiàn)力矩控制。305）微步距（細(xì)分）技術(shù)）微步距（細(xì)分）技術(shù)步進(jìn)電機(jī)整、半步運(yùn)行存在的問(wèn)題： 分辨率低 低速運(yùn)動(dòng)不平滑 噪聲大 諧振現(xiàn)象 微步距技術(shù)可以改善上述現(xiàn)象31如何產(chǎn)生階梯波微步距？如何產(chǎn)生階梯波微步距？ 整步運(yùn)行時(shí)，繞組電流每90電角度轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)整步距。 四細(xì)分時(shí)電流電角度為 90/4=22.5 。 以22.5的角度遞增從0到360共有16個(gè)電角度；所對(duì)應(yīng)的co

14、s和sin值求出并整量化后作成數(shù)據(jù)表放在存儲(chǔ)器中。3233 電機(jī)運(yùn)行時(shí)順次取出表中數(shù)據(jù)并送到D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端，則D/A轉(zhuǎn)換器的輸出即是階梯正弦波和余弦波。 在恒流斬波電路中，繞組電流由電壓Vg控制，因此將D/A轉(zhuǎn)換器的輸出加在Vg控制端就能在繞組中產(chǎn)生階梯波。D/A轉(zhuǎn)換器346 ) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)集成電路A3977 在一片IC上集成環(huán)形分配、微步距、恒流斬波、柵極驅(qū)動(dòng)、H橋功率放大、保護(hù)及診斷等功能。 簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試等工作。提高了可靠性。降低了制作成本。 以美國(guó)Allegro A3977芯片為例： 整步、半步、4細(xì)分、8細(xì)分工作方式； 內(nèi)置高端柵極驅(qū)動(dòng)； 內(nèi)置環(huán)形

15、分配器； MOSFET 雙H橋恒流斬波驅(qū)動(dòng)； 2.5 A額定電流輸出，母線電壓最高35 V； 欠電壓、輸出短路、過(guò)熱保護(hù)。3536 兩個(gè)H橋電路直接驅(qū)動(dòng)A、B兩相繞組； TRANSLATOR結(jié)合MS1、MS2將STEP、DIR轉(zhuǎn)換成各工作模式要求的4位階梯電流數(shù)值（見(jiàn)表）； D/A轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成階梯電壓，并將電壓與電流測(cè)量電阻上的電壓比較，輸出的信號(hào)經(jīng)延時(shí)與CONTROL LOGIC 一起控制各開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通順序，實(shí)現(xiàn)恒流斬波驅(qū)動(dòng)； 電流值由電阻R和D/A轉(zhuǎn)換器的參考電壓共同決定； 斬波頻率由外結(jié)電阻和電容RC1決定。37383940整步距方式41半步距方式424細(xì)分方式438細(xì)分方式444.

16、 步進(jìn)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)和特性步進(jìn)電機(jī)的主要技術(shù)指標(biāo)和特性 分辨率分辨率 ：每個(gè)工作節(jié)拍所對(duì)應(yīng)的電機(jī)角位移。 以二相混合式步進(jìn)電機(jī)為例， 在整步方式分辨率為1.8； 在半步矩時(shí)分辨率為0.9； 在4細(xì)分時(shí)分辨率為0.45； 精度：精度： 理論上的步距角和實(shí)際測(cè)量到的步距角之差。精度主要取決于制造和裝配的精確度： 齒距加工誤差和軸承安裝偏心是影響精度的主要因素。 這個(gè)誤差是非積累的。 步進(jìn)電機(jī)的精度指標(biāo)是在電機(jī)空載情況下定義的。 在有載情況下其精度主要由電機(jī)的矩角特性決定。45 矩角特性矩角特性 電機(jī)工作在單四拍工作方式轉(zhuǎn)子在外力矩作用下產(chǎn)生一個(gè)偏移角最大值TH即保持力矩。當(dāng)偏移角達(dá)到3.6電磁

17、轉(zhuǎn)矩重又為零，這不是一個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)。反向力矩作用下轉(zhuǎn)子將滑向下一個(gè)齒對(duì)齒狀態(tài)這種現(xiàn)象稱(chēng)為“失步失步”=0 =1.8= 3.646 假定電機(jī)工作在單四拍工作方式（分析結(jié)論對(duì)其它工作方式同樣適用），一相繞組通電后如果電機(jī)軸上不施加負(fù)載，則N極定子齒與S段轉(zhuǎn)子齒（或S極定子齒與N段轉(zhuǎn)子齒）成齒對(duì)齒狀態(tài)，如圖a）所示。 如這時(shí)在電機(jī)軸上施加一負(fù)載力矩Tf，則轉(zhuǎn)子在外力矩作用下將產(chǎn)生一個(gè)偏移角即定子齒和轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開(kāi)一個(gè)角度，如圖b）所示。定子磁極的吸引作用產(chǎn)生電磁力矩Te，且隨偏移角的增大而增大，當(dāng) 即定子和轉(zhuǎn)子錯(cuò)開(kāi)1/4齒距時(shí)達(dá)到最大值TH（即保持力矩）。 再增大時(shí)，鄰近定子齒的吸引力將產(chǎn)生反向力矩

18、使總的電磁力矩減小。 此時(shí)若繼續(xù)增大負(fù)載力矩，轉(zhuǎn)子偏移角繼續(xù)增大，電磁力矩隨著反向力矩的增大而逐漸減小。當(dāng)偏移角達(dá)到3.6即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1/2齒距時(shí)，兩個(gè)鄰近定子齒對(duì)轉(zhuǎn)子齒產(chǎn)生的吸力作用大小相等方向相反，電磁轉(zhuǎn)矩重又為零。 但這不是一個(gè)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，因?yàn)榇藭r(shí)若撤除負(fù)載力矩，轉(zhuǎn)子將回復(fù)到 的狀態(tài)；若負(fù)載力矩再增大一點(diǎn)兒，在反向力矩作用下轉(zhuǎn)子將滑向下一個(gè)齒對(duì)齒狀態(tài)與初始狀態(tài)偏離了一個(gè)齒距即7.2的狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“失步失步”。在失步狀態(tài)下若負(fù)載轉(zhuǎn)矩仍保持不變則轉(zhuǎn)子將連續(xù)旋轉(zhuǎn)完全失去控制。1.8ee0e47關(guān)于步進(jìn)電機(jī)位置誤差的結(jié)論關(guān)于步進(jìn)電機(jī)位置誤差的結(jié)論 在靜態(tài)情況即電機(jī)運(yùn)動(dòng)終止時(shí)，若電機(jī)軸上存

19、在著摩擦轉(zhuǎn)矩或非平衡轉(zhuǎn)矩，為了產(chǎn)生電磁力矩以平衡這些外力矩，系統(tǒng)必然存在著靜態(tài)位置誤差。 誤差的大小取決于負(fù)載力矩和電機(jī)本身的靜態(tài)剛度。同一臺(tái)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大則誤差越大。在相同負(fù)載的情況下，電機(jī)的靜態(tài)剛度越大誤差越小。 最大的位置誤差為一整步矩角（對(duì)兩相混合式步進(jìn)電來(lái)說(shuō)為1.8）。如果負(fù)載轉(zhuǎn)矩過(guò)大使誤差超過(guò)一個(gè)整步距角，則電機(jī)將產(chǎn)生“失步”這是非正常的運(yùn)行狀態(tài)。 誤差是由步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)所決定的48矩頻特性矩頻特性 n矩頻特性最重要的特點(diǎn)是電機(jī)產(chǎn)生的力矩 隨電機(jī)速度的升高而逐漸下降n速度升高時(shí)力矩下降是由于定子繞組時(shí)間 常數(shù)的影響。n高電源電壓 能降低這些影響。 n步進(jìn)電機(jī)不適宜

20、應(yīng)用在高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。步進(jìn)電機(jī)不適宜應(yīng)用在高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。49 矩頻特性最重要的特點(diǎn)是電機(jī)產(chǎn)生的力矩隨電機(jī)速度的升高而逐漸下降，這樣的特點(diǎn)決定了步進(jìn)電機(jī)不適宜應(yīng)用在高速運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。 造成這種特點(diǎn)的原因是： 由于存在電氣時(shí)間常數(shù)，電流必須經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。 在低速時(shí)，脈沖的頻率較低，即脈沖寬度較寬，電流有足夠的時(shí)間達(dá)到要求的電流值。 隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，脈沖電壓的頻率升高而寬度變窄，電流上升的時(shí)間成為脈沖寬度的主要部分，這意味著平均電流的減少，電機(jī)的力矩開(kāi)始下降。 此時(shí)，斬波器已停止工作，電流的值完全由電源電壓Vcc決定，Vcc越高，電流上升的得越快，也即在一個(gè)窄脈沖內(nèi)能達(dá)到較高的值

21、，電機(jī)的輸出力矩越大。 綜合以上的分析我們可以斷定：低速時(shí)電機(jī)的力矩取決于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)電流建立值Vg；而在高速時(shí)電機(jī)的力矩由電源電壓決定而與電流建立值無(wú)關(guān) 50 依據(jù)矩頻特性選擇步進(jìn)電機(jī)依據(jù)矩頻特性選擇步進(jìn)電機(jī) n步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有過(guò)載能力。步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有過(guò)載能力。無(wú)論工作在加、減速還是勻速狀態(tài)都必須在由矩角特性圍成的可利用的區(qū)域之內(nèi)，否則將引起“失步”現(xiàn)象。 首先計(jì)算出要求電機(jī)輸出的最大力矩及最高轉(zhuǎn)速。 外部因素可能使摩擦增大，電機(jī)的諧振也可能會(huì)消耗掉部分轉(zhuǎn)矩，應(yīng)提供50%左右的力矩儲(chǔ)備。51 例例 一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)已計(jì)算出它對(duì)電機(jī)的力矩和速度要求 負(fù)載摩擦轉(zhuǎn)矩 Tf=1.47Nm； 加速度轉(zhuǎn)矩 Ta=1.23Nm； 最高工作轉(zhuǎn)速 n=900rpm。 解：解：系統(tǒng)對(duì)電機(jī)最大力矩要求是 Tf+Ta=2.7Nm, 2.71.5=4.05Nm。 選擇曲線2對(duì)應(yīng)的電機(jī)可滿足要求。52起動(dòng)頻率與起停區(qū)、運(yùn)行區(qū)起動(dòng)頻率與起停區(qū)、運(yùn)行