第九章步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)

1、第九章第九章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng) 9.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理9.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性運(yùn)行特性9.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制電路1概概 述述 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（脈沖電動(dòng)機(jī)）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（脈沖電動(dòng)機(jī)）- - -將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移的電機(jī)，即的角位移或直線位移的電機(jī)，即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速角位移與脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比與脈沖頻率成正比，轉(zhuǎn)向與各相繞組

2、的通電方式有關(guān)轉(zhuǎn)向與各相繞組的通電方式有關(guān)。2 特點(diǎn)：特點(diǎn)：在負(fù)載能力范圍內(nèi)在負(fù)載能力范圍內(nèi)不因電源電壓不因電源電壓、負(fù)載大小負(fù)載大小、環(huán)環(huán)境條件境條件的波動(dòng)而變化；適用的波動(dòng)而變化；適用開(kāi)環(huán)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件；步進(jìn)電中作執(zhí)行元件；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可在很寬的范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率調(diào)速；能夠動(dòng)機(jī)可在很寬的范圍內(nèi)通過(guò)改變脈沖頻率調(diào)速；能夠快速啟快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。很適合微型機(jī)控制，是。很適合微型機(jī)控制，是數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)中的中的一種執(zhí)行元件。一種執(zhí)行元件。 應(yīng)用：應(yīng)用：數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、數(shù)控機(jī)床、繪圖機(jī)、 軋鋼機(jī)、記錄儀等方面。軋鋼機(jī)、記錄儀等方面。 基本要求：基本要求：(

3、1)(1)能迅速啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、能迅速啟動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、制動(dòng)和停車制動(dòng)和停車，在很，在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速；寬的范圍內(nèi)調(diào)速；(2)(2)要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小，步距小精度高，要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小，步距小精度高，不得丟步或越步；不得丟步或越步；(3)(3)輸出轉(zhuǎn)矩大，直接帶負(fù)載。輸出轉(zhuǎn)矩大，直接帶負(fù)載。 3 分類：分類：按勵(lì)磁方式分為按勵(lì)磁方式分為反應(yīng)式反應(yīng)式、 永磁式和混合式等。永磁式和混合式等。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用得多，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用得多， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 故著重講述。故著重講述。 4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為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片迭

4、壓而成。在面向氣隙的定子鐵心表面有齒距相等磁極，磁極上定子鐵心表面有齒距相等磁極，磁極上有小齒。有小齒。圖圖1 四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)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、進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以做成二相、三相、四相、五相、六相等。五相、六相等。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子由疊片鐵心構(gòu)成，沿圓周有很轉(zhuǎn)子由疊片鐵心構(gòu)成，沿圓周有很多小齒。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組。多小齒。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組。9.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)與原理5 當(dāng)定子的某相繞組通電流時(shí)

5、，轉(zhuǎn)子齒因受到定子勵(lì)磁磁極的當(dāng)定子的某相繞組通電流時(shí)，轉(zhuǎn)子齒因受到定子勵(lì)磁磁極的吸引，使極齒中心線方向趨于一致。如果吸引，使極齒中心線方向趨于一致。如果向定子的各個(gè)繞組輪流通向定子的各個(gè)繞組輪流通入電流，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就將按照定子的通電順序旋轉(zhuǎn)。入電流，則電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就將按照定子的通電順序旋轉(zhuǎn)。 以以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例例：定子：定子6 6極不帶小齒，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)極不帶小齒，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的極上繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子的極上繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子4 4個(gè)齒，齒寬等于定子的極靴寬。個(gè)齒，齒寬等于定子的極靴寬。 三相單三拍運(yùn)行三相單三拍運(yùn)行 三相三相-指指步進(jìn)電機(jī)具有三相定子繞組；步進(jìn)電

6、機(jī)具有三相定子繞組； 單單-指指每次只有一相繞組通電每次只有一相繞組通電；三三拍拍-指指三次換接為一個(gè)循環(huán)三次換接為一個(gè)循環(huán)，即即按按A - B - C - A A - B - C - A 方式運(yùn)行的稱為三相單三拍運(yùn)行。方式運(yùn)行的稱為三相單三拍運(yùn)行。二、二、工作原理工作原理6三相單三拍運(yùn)行三相單三拍運(yùn)行 當(dāng)當(dāng)A A相通電相通電B B、CC相不通電時(shí)，由于相不通電時(shí)，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子齒，轉(zhuǎn)子齒1 1和和3 3的軸線與定子的軸線與定子A A極軸線對(duì)齊。同理斷開(kāi)極軸線對(duì)齊。同理斷開(kāi)A A接通接通B B時(shí)、時(shí)、斷開(kāi)斷開(kāi)B B接通接通CC轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)

7、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)3030。按。按A AB BCCAA接通和斷開(kāi)控制繞組轉(zhuǎn)接通和斷開(kāi)控制繞組轉(zhuǎn)子就連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。子就連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速取決于控制繞組通、斷電的頻率，取決于控制繞組通、斷電的頻率，轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向取決于通電的順序。取決于通電的順序。三相單三拍運(yùn)行7(a) A相接通；相接通； (b) B相接通；相接通； (c) C相接通相接通 第8頁(yè) 三相單、雙相間六拍運(yùn)行三相單、雙相間六拍運(yùn)行 供電方式是供電方式是A AABABB BBCBCCCCACAA A ，共有，共有 6 6 種通電狀種通電狀態(tài)，每一循環(huán)換接態(tài)，每一循環(huán)換接 6 6 次，這次，這 6 6 種通電狀態(tài)中有時(shí)只有一相繞組通電種通電狀態(tài)中有時(shí)只有一

8、相繞組通電( (如如A A相相) )即單拍，有時(shí)有兩相繞組同時(shí)通電即單拍，有時(shí)有兩相繞組同時(shí)通電( (如如A A相和相和B B相相) )即雙拍，故即雙拍，故稱三相單、雙六拍。稱三相單、雙六拍。 圖表示按這種方式對(duì)控制繞組供電時(shí)轉(zhuǎn)子位置和圖表示按這種方式對(duì)控制繞組供電時(shí)轉(zhuǎn)子位置和磁通分布的圖形。磁通分布的圖形。 (a) (b) (c)圖圖 三相六拍運(yùn)行三相六拍運(yùn)行 (a) A相通電；相通電； (b) A、 B相通電；相通電；(c) B相通電相通電 三相雙三拍運(yùn)行三相雙三拍運(yùn)行 通電方式通電方式ABABBCCAAB，一拍，一拍轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)過(guò)30 30 。910步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 電機(jī)通電方

9、式變換一次，稱為一拍。電機(jī)通電方式變換一次，稱為一拍。N為運(yùn)行拍數(shù)為運(yùn)行拍數(shù) 每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)（每一拍）轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)（每一拍）轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，稱為步距角稱為步距角 。sl 拍和步距角拍和步距角l 齒距角齒距角 轉(zhuǎn)子相鄰兩齒間的夾角，用轉(zhuǎn)子相鄰兩齒間的夾角，用 z z 表示。表示。l 轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù) z z表示表示. .Zz360NzNZS360Zz360l 若信號(hào)脈沖頻率為若信號(hào)脈沖頻率為f，則轉(zhuǎn)子每秒鐘轉(zhuǎn)了（，則轉(zhuǎn)子每秒鐘轉(zhuǎn)了（f/zN）圈，）圈，故轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速為：故轉(zhuǎn)子每分鐘的轉(zhuǎn)速為：zNfn6011u四相單四拍四相單四拍 A C B Du四相八拍四相

10、八拍 A AB B BC C CD D DA A 12第13頁(yè) 3 3、基本特點(diǎn)、基本特點(diǎn) (1)(1) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，每相繞組由專門驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)時(shí)，每相繞組由專門驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)“環(huán)形分配器環(huán)形分配器”按一定規(guī)律輪流通電。按一定規(guī)律輪流通電。 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。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。 脈沖電源脈沖電源環(huán)形分配器環(huán)形分配器放大器放大器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (2)(2)提高工作精度提高工作精度就要求步距角很小。就要求步距角很小。u增加拍數(shù)增加拍數(shù)N N ：增加相數(shù)，電源及電機(jī)的結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。反：增加相數(shù)，電源及電機(jī)的結(jié)

11、構(gòu)也越復(fù)雜。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般做到六相，個(gè)別也有八相或更多；應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般做到六相，個(gè)別也有八相或更多；u增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)增加轉(zhuǎn)子齒數(shù) z z：步距角也可減小，所以反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：步距角也可減小，所以反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)一般是很多；通常反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為的轉(zhuǎn)子齒數(shù)一般是很多；通常反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角為零點(diǎn)幾度到幾度，圖零點(diǎn)幾度到幾度，圖9-49-4u如轉(zhuǎn)子齒數(shù)如轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=40,z=40,三相單三拍方式運(yùn)行，則步距角為三相單三拍方式運(yùn)行，則步距角為NzNZS360033*40360360NzS14 (3) (3) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可按指令進(jìn)行角度控制和速度控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可按指令

12、進(jìn)行角度控制和速度控制。u角度控制角度控制-每輸入一個(gè)脈沖，定子繞組就換接一次，輸出每輸入一個(gè)脈沖，定子繞組就換接一次，輸出軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量與輸入脈沖數(shù)軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量與輸入脈沖數(shù)成正比。成正比。u速度控制速度控制-送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的是連續(xù)脈沖，各相繞組不斷送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的是連續(xù)脈沖，各相繞組不斷地輪流通電，步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，它的地輪流通電，步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比正比。每輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度是整個(gè)圓周角的。每輸入一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度是整個(gè)圓周角的1/(1/(zNzN) )，因此每分鐘轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的圓周數(shù)，即

13、轉(zhuǎn)速為：，因此每分鐘轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的圓周數(shù)，即轉(zhuǎn)速為：min)/(60rNZfn15 (4) (4) 步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。當(dāng)控制電脈沖停止輸入，。當(dāng)控制電脈沖停止輸入，讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時(shí)，轉(zhuǎn)子將固定讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時(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)。靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即于某一位置上保持不動(dòng)，稱為靜止?fàn)顟B(tài)。靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即使有一個(gè)小的擾動(dòng)，使轉(zhuǎn)子偏離此位置，磁拉力也能把轉(zhuǎn)使有一個(gè)小的擾動(dòng)，使轉(zhuǎn)子偏離此位置，磁拉力也能把轉(zhuǎn)子拉回來(lái)。子拉回來(lái)。 綜上所述綜上所述，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速不受電壓波動(dòng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速不受

14、電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響和負(fù)載變化的影響( (允許負(fù)載范圍內(nèi)允許負(fù)載范圍內(nèi)) )，也不受環(huán)境條件，也不受環(huán)境條件( (溫溫度、壓力、沖擊、振動(dòng)等度、壓力、沖擊、振動(dòng)等) )變化的影響，只與控制脈沖同步，變化的影響，只與控制脈沖同步，同時(shí)它又能按照控制的要求，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或改同時(shí)它又能按照控制的要求，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)速。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。變轉(zhuǎn)速。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。 169.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行特性l 靜止?fàn)顟B(tài)靜止?fàn)顟B(tài)p 當(dāng)控制脈沖不斷送入各相繞組按一定程序輪流通電，當(dāng)控制脈沖不斷送入各相繞組按一定程序輪流通電

15、， 步步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就一步步地轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就一步步地轉(zhuǎn)動(dòng)。p 當(dāng)控制脈沖停止時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一相或幾相通入恒定不變當(dāng)控制脈沖停止時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一相或幾相通入恒定不變的電流（可稱為直流電流），這時(shí)轉(zhuǎn)子將固定于某一位置的電流（可稱為直流電流），這時(shí)轉(zhuǎn)子將固定于某一位置上保持不動(dòng)，稱為上保持不動(dòng)，稱為靜止?fàn)顟B(tài)靜止?fàn)顟B(tài)。p 靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電機(jī)能克服一定的擾動(dòng)。靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，電機(jī)能克服一定的擾動(dòng)。171.一、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性一、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行特性1819定、轉(zhuǎn)子間的作用力定、轉(zhuǎn)子間的作用力202. 多相通電時(shí)多相通電時(shí)矩角特性矩角特性一般來(lái)說(shuō)，多相通電時(shí)的矩角特性一般來(lái)說(shuō)，多相通電時(shí)的矩角特性可可近似地由每相各近

16、似地由每相各自通電時(shí)的矩角特性疊加起來(lái)求出。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esmAsinTT圖圖 A相、相、B相定子齒相對(duì)轉(zhuǎn)子齒的位置相定子齒相對(duì)轉(zhuǎn)子齒的位置)120sin(esmBTT設(shè)設(shè)A通電時(shí)，距角特性為通電時(shí)，距角特性為則則B通電時(shí)，距角特性為通電時(shí)，距角特性為21當(dāng)當(dāng)A、B兩相同時(shí)通電時(shí)合成矩角特性應(yīng)為兩相同時(shí)通電時(shí)合成矩角特性應(yīng)為 )60sin()120sin(sinesmesmesmBAABTTTTTT （a） 矩角特性矩角特性 （b）轉(zhuǎn)矩矢量圖）轉(zhuǎn)矩矢量圖 圖圖 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單

17、相、兩相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩三相步進(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、相移它是一條幅值不變、相移60的正弦曲線。的正弦曲線。223. 靜穩(wěn)定區(qū)靜穩(wěn)定區(qū) 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)。 0e0TeTeeTe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)。e0Teeee23二、步進(jìn)運(yùn)行特性二、

18、步進(jìn)運(yùn)行特性步進(jìn)運(yùn)行（步進(jìn)運(yùn)行（單步運(yùn)行）單步運(yùn)行） 指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行方式，方式， 或輸入脈沖頻率非常之低，加第二脈沖之或輸入脈沖頻率非常之低，加第二脈沖之前前一步已經(jīng)走完的運(yùn)行狀態(tài)。前前一步已經(jīng)走完的運(yùn)行狀態(tài)。24圖9.6 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。stLTT 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)。stLTT 25p 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，可由相鄰步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在步進(jìn)運(yùn)行時(shí)所能帶動(dòng)的

19、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)矩兩條矩角特性交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩 來(lái)確定。來(lái)確定。p 相鄰矩角特性的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩相鄰矩角特性的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩 是電機(jī)作單步運(yùn)動(dòng)是電機(jī)作單步運(yùn)動(dòng)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載，也稱為極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。實(shí)際電機(jī)所所能帶動(dòng)的極限負(fù)載，也稱為極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。實(shí)際電機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL必須小于極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩才能運(yùn)行，即電機(jī)必須小于極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩才能運(yùn)行，即電機(jī)所帶負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩所帶負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩 TLp 步距角減少可使相鄰矩角特性位移減少，步距角減少可使相鄰矩角特性位移減少， 就可提高極限就可提高極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩T Tst st，增大電機(jī)的負(fù)載能力。三相六拍

20、時(shí)，矩角特，增大電機(jī)的負(fù)載能力。三相六拍時(shí)，矩角特性幅值不變，而步距角小了一半，故極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。性幅值不變，而步距角小了一半，故極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。stTstTstT最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩（起動(dòng)轉(zhuǎn)矩）最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩（起動(dòng)轉(zhuǎn)矩）26三、連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)特性三、連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)特性p 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在輸入脈沖頻率當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在輸入脈沖頻率f較高，轉(zhuǎn)子作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)較高，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)動(dòng)，這種運(yùn)行狀態(tài)稱作連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。p 在在運(yùn)行過(guò)程中具有良好的動(dòng)態(tài)性能是保證控制系統(tǒng)可靠工運(yùn)行過(guò)程中具有良好的動(dòng)態(tài)性能是保證控制系統(tǒng)可靠工作的前提。如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)、正轉(zhuǎn)、作的前提。如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常啟

21、動(dòng)、制動(dòng)、正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)等，反轉(zhuǎn)等，并在各種頻率下并在各種頻率下(各種轉(zhuǎn)速各種轉(zhuǎn)速)運(yùn)行，要求電機(jī)的步數(shù)與脈沖數(shù)運(yùn)行，要求電機(jī)的步數(shù)與脈沖數(shù)嚴(yán)格相等，即不丟步也不越步，且轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。保證系嚴(yán)格相等，即不丟步也不越步，且轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。保證系統(tǒng)精度統(tǒng)精度。p 此外，當(dāng)提高使用頻率時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的快速性也是動(dòng)態(tài)性此外，當(dāng)提高使用頻率時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的快速性也是動(dòng)態(tài)性能的重要內(nèi)容能的重要內(nèi)容之一之一272. 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?？梢?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

22、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，達(dá)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 283. 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

23、跟或最高跟蹤頻率。蹤頻率。 299.3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。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。放大器三個(gè)部分。 圖圖4-33 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源方框圖步進(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；按脈沖的供電方式來(lái)

24、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。單一電壓型和高、低壓切換型兩種電源。309.3 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。所示。 為高電平時(shí)為高電平時(shí)VT1導(dǎo)通，繞組通電；導(dǎo)通，繞組通電； 為低電平時(shí)為低電平時(shí)VT1關(guān)斷，繞組斷電。關(guān)斷，繞組斷電。kaukau圖圖4-34 單一電壓型

25、驅(qū)動(dòng)電源單一電壓型驅(qū)動(dòng)電源 作用作用 減小電路的時(shí)間常數(shù)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)行矩頻特續(xù)運(yùn)行頻率，并使起動(dòng)和運(yùn)行矩頻特性下降緩慢。性下降緩慢。C的作用的作用 可強(qiáng)迫控制電流加快上升，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。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，限制形成放電回路，限制功率管功率管VT1上的電壓，保護(hù)功率管。上的電壓，保護(hù)功率管。 f1Raf2R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。單一電壓型電源線路簡(jiǎn)單、功放元件少、成本低，但效率

26、較低。319.3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。同的電源供電。圖圖 高、低壓切換型驅(qū)動(dòng)電源高、低壓切換型驅(qū)動(dòng)電源 高壓供電是用來(lái)加速電流的上升速高壓供電是用來(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。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，的作用調(diào)節(jié)控制繞組的電流值，使各相電流平衡。使各相電流平衡。 VD2及及 作用是構(gòu)成續(xù)流電路。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。率也比單一電壓型電源要高。 f1Rf2R32思考題與習(xí)題1. 如何控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出的角位移或線位移量，如何控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出的角位移或線位移量， 轉(zhuǎn)速或線速度轉(zhuǎn)速或線速度? 步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)有哪些可貴的特點(diǎn)電機(jī)有哪些可貴的特點(diǎn)? 2. 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)與永磁式及感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)在作用原理方面有什么反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)與永磁式及感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)在作用原