步進電機-課件.學習資料

1、11.3 11.3 步進電動機步進電動機11.3 11.3 步進電動機步進電動機 步進電動機（脈沖電動機）步進電動機（脈沖電動機）- -將脈沖電信號變換將脈沖電信號變換(binhun)(binhun)為相應的角位移或直線位移的電機，即給一個為相應的角位移或直線位移的電機，即給一個脈沖電信號，電動機就轉動一個角度或前進一步，角位移與脈沖電信號，電動機就轉動一個角度或前進一步，角位移與脈沖數(shù)成正比，轉速與脈沖頻率成正比，轉向與各相繞組的脈沖數(shù)成正比，轉速與脈沖頻率成正比，轉向與各相繞組的通電方式有關。通電方式有關。 特點：在負載能力范圍內(nèi)不因電源電壓、負載大小、環(huán)特點：在負載能力范圍內(nèi)不因電源電壓

2、、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化；適用開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制境條件的波動而變化；適用開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡化；步進電動機可在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖系統(tǒng)大為簡化；步進電動機可在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率調(diào)速；能夠快速啟動、反轉和制動。很適合微型機控制，頻率調(diào)速；能夠快速啟動、反轉和制動。很適合微型機控制，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。 2022-7-21第一頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 應用：數(shù)控機床、繪圖機、應用：數(shù)控機床、繪圖機、 軋鋼機、記錄儀等方面。軋鋼機、記錄儀等方面。 基本要求：基本要求：(1)(1

3、)能迅速能迅速(xn s)(xn s)啟動、正反轉、停轉，在很寬啟動、正反轉、停轉，在很寬的范圍內(nèi)調(diào)速；的范圍內(nèi)調(diào)速；(2)(2)要求一個脈沖對應的位移量小，步距小精度要求一個脈沖對應的位移量小，步距小精度高，不得丟步或越步；高，不得丟步或越步；(3)(3)輸出轉矩大，直接帶負載。輸出轉矩大，直接帶負載。 分類：按勵磁方式分為反應式、分類：按勵磁方式分為反應式、 永磁式和感應子式。永磁式和感應子式。 反應反應式步進電動機用得多，式步進電動機用得多， 結構簡單，結構簡單， 故著重講述。故著重講述。 2022-7-22第二頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機一、工作一、工作(gn

4、gzu)原原理和特點理和特點 1 1、結構、結構 定子鐵心由硅鋼片疊成，定子鐵心由硅鋼片疊成，定子有定子有8 8個磁極個磁極( (大齒大齒) )，磁極，磁極上有小齒。有上有小齒。有4 4套定子控制繞套定子控制繞組組(roz)(roz)，繞在徑向相對的，繞在徑向相對的磁極上的繞組磁極上的繞組(roz)(roz)為一相。為一相。轉子由疊片鐵心構成，沿圓轉子由疊片鐵心構成，沿圓周有很多小齒。定子磁極和周有很多小齒。定子磁極和轉子上小齒的齒距必須相等。轉子上小齒的齒距必須相等。四相反應式步進電動機四相反應式步進電動機2022-7-23第三頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 2 2、

5、工作原理、工作原理 反應式步進電機是利用凸極轉子橫軸磁阻與直軸磁反應式步進電機是利用凸極轉子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應轉矩而轉動的。以三相反應式步進電機為阻之差所引起的反應轉矩而轉動的。以三相反應式步進電機為例例-定子定子6 6極不帶小齒，每兩個極不帶小齒，每兩個(lin )(lin )相對的極上繞有一相相對的極上繞有一相控制繞組，轉子控制繞組，轉子4 4個齒，齒寬等于定子的極靴寬。個齒，齒寬等于定子的極靴寬。 三相單三拍運行三相單三拍運行 三相三相-指步進電機具有三相定子繞組；指步進電機具有三相定子繞組； 單單-指每指每次只有一相繞組通電；三拍次只有一相繞組通電；三拍-指三次換接為一

6、個循環(huán)，即按指三次換接為一個循環(huán)，即按A - A - B - C - A B - C - A 方式運行的稱為三相單三拍運行。方式運行的稱為三相單三拍運行。2022-7-24第四頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 當A相通電B、C相不通電時，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點，轉子齒1和3的軸線與定子A極軸線對齊。同理斷開A接通B時、斷開B接通C轉子轉過30。按ABCA接通和斷開控制(kngzh)繞組轉子就連續(xù)轉動。轉速取決于控制(kngzh)繞組通、斷電的頻率，轉向取決于通電的順序。三三相相單單三三拍拍運運行行2022-7-25第五頁，共39頁。11.3 11.3 步進電

7、動機步進電動機 三相六拍運行三相六拍運行 供電方式是供電方式是AABBBCCCAA ，共有，共有 6 種通種通電狀態(tài)，每一循環(huán)換接電狀態(tài)，每一循環(huán)換接 6 次，這次，這 6 種通電狀態(tài)中有時只有一相繞組種通電狀態(tài)中有時只有一相繞組通電通電(如如A相相)即單拍，有時有兩相繞組同時通電即單拍，有時有兩相繞組同時通電(如如A相和相和B相相)即雙即雙拍，故稱三相單、雙六拍。拍，故稱三相單、雙六拍。 圖表示按這種方式對控制圖表示按這種方式對控制(kngzh)繞繞組供電時轉子位置和磁通分布的圖形。組供電時轉子位置和磁通分布的圖形。2022-7-26第六頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機

8、三相六拍運行三相六拍運行(ynxng)(1)(ynxng)(1) (a) A (a) A相通電；相通電； (b) A (b) A、 B B相通電；相通電；2022-7-27第七頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機三相六拍運行三相六拍運行(ynxng)(2) (ynxng)(2) (c) B (c) B相通電；相通電； (d) B (d) B、C C相通電相通電2022-7-28第八頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 三相雙三拍運行三相雙三拍運行 通電方式通電方式ABBCCAABABBCCAAB，轉過，轉過30 30 。 四相步進電機四相步進電機 四相八拍四

9、相八拍- -通電方式通電方式A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A ，與三相，與三相步進電動機道理一樣，當步進電動機道理一樣，當A A相通電轉到相通電轉到A A、 B B兩相同兩相同(xin tn)(xin tn)時時通電時，定、轉子齒的相對位置變?yōu)檗D子按順時針方向只轉過通電時，定、轉子齒的相對位置變?yōu)檗D子按順時針方向只轉過1/81/8齒齒距角，即距角，即0.90.9。 四相雙四拍四相雙四拍- -通電方式通電方式AB-BC-CD-DA-AB AB-BC-CD-DA-AB 步距角與四相單步距角與四相單四拍運行時一樣為四拍運行時一樣為1/41/4齒距

10、角，即齒距角，即1.81.8。 2022-7-29第九頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機A A相通電時定、相通電時定、 轉子轉子(zhun z)(zhun z)齒的相對位置齒的相對位置A A、 B B兩相通兩相通(xingtng)(xingtng)電時定、電時定、 轉子齒的相對位置轉子齒的相對位置2022-7-210第十頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 3 3、基本特點、基本特點 (1) (1) 步進電動機工作時，每相繞組由專門驅(qū)動電源通過步進電動機工作時，每相繞組由專門驅(qū)動電源通過“環(huán)形分配器環(huán)形分配器”按一定規(guī)律輪流按一定規(guī)律輪流(lnli)(ln

11、li)通電。如三相雙三拍通電。如三相雙三拍運行的環(huán)形分配器輸入是一路，輸出有運行的環(huán)形分配器輸入是一路，輸出有A A、B B、C C三路。若開始三路。若開始是是A A、B B這兩路有電壓，輸入一個控制脈沖后就變成這兩路有電壓，輸入一個控制脈沖后就變成B B、C C這兩路這兩路有電壓，再輸入一個脈沖變成有電壓，再輸入一個脈沖變成C C、A A這兩路有電壓，再輸入一個這兩路有電壓，再輸入一個電脈沖變成電脈沖變成A A、B B這兩路有電壓了。環(huán)形分配器輸出的各路脈沖這兩路有電壓了。環(huán)形分配器輸出的各路脈沖電壓信號，經(jīng)過各自的放大器放大后送入步進電動機的各相繞電壓信號，經(jīng)過各自的放大器放大后送入步進電

12、動機的各相繞組，使步進電動機一步步轉動。組，使步進電動機一步步轉動。2022-7-211第十一頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機控制控制(kngzh)方框圖方框圖三相雙三拍運三相雙三拍運行行(ynxng)各相控制電壓各相控制電壓波形波形電電路路圖圖2022-7-212第十二頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 (2)步距角-每輸入(shr)一個脈沖電信號轉子轉過的角度，用b表示。當電機按四相單四拍運行-A-B-C-D-A 順序通電時，換接一次繞組，轉子轉過的角度為1/4齒距角；轉子需要走4步，才轉過一個齒距角。當四相八拍運行-A-AB-B-BC-C-CD-

13、D-DA順序通電時，換接一次繞組，轉子轉過的角度為1/8齒距角；轉子需要走8步才轉過一個齒距角。齒距角-轉子相鄰兩齒間的夾角，用t表示。RtZ360NZNRtb360ZRZR為轉子為轉子(zhun z)(zhun z)齒數(shù)，齒數(shù)，N N為運行拍數(shù)為運行拍數(shù)2022-7-213第十三頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 提高工作精度就要求步距角很小。要減小步距角可以增加拍數(shù)N；增加相數(shù)電源及電機的結構也越復雜。反應式步進電動機一般做到六相，個別也有八相或更多；一臺步進電動機有兩個(lin )步距角，如1.5/0.75、1.2/0.6、3/1.5等。增加轉子齒數(shù)ZR，步距角也可減

14、小，所以反應式步進電動機的轉子齒數(shù)一般是很多；通常反應式步進電動機的步距角為零點幾度到幾度。2022-7-214第十四頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 (3) (3) 步進電動機可按指令進行角度控制和速度控制。角度控步進電動機可按指令進行角度控制和速度控制。角度控制制-每輸入一個脈沖每輸入一個脈沖(michng)(michng)，定子繞組就換接一次，定子繞組就換接一次，輸出軸就轉過一個角度，輸出軸轉動的角位移量與輸入脈沖輸出軸就轉過一個角度，輸出軸轉動的角位移量與輸入脈沖(michng)(michng)數(shù)成正比。速度控制數(shù)成正比。速度控制-送入步進電動機的是連送入步進電動

15、機的是連續(xù)脈沖續(xù)脈沖(michng)(michng)，各相繞組不斷地輪流通電，步進電機，各相繞組不斷地輪流通電，步進電機連續(xù)運轉，它的轉速與脈沖連續(xù)運轉，它的轉速與脈沖(michng)(michng)頻率成正比。每輸頻率成正比。每輸入一個脈沖入一個脈沖(michng)(michng)，轉子轉過的角度是整個圓周角的，轉子轉過的角度是整個圓周角的1/(ZRN)1/(ZRN)，因此每分鐘轉子所轉過的圓周數(shù)，即轉速為：，因此每分鐘轉子所轉過的圓周數(shù)，即轉速為：min)/(60rNZfnR f f為控制脈沖的頻率，轉速取為控制脈沖的頻率，轉速取決于脈沖頻率、轉子齒數(shù)和拍決于脈沖頻率、轉子齒數(shù)和拍數(shù)，而與

16、電壓、負載數(shù)，而與電壓、負載(fzi)(fzi)、溫度等因素無關。溫度等因素無關。 2022-7-215第十五頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 (4) (4) 步進電機具有自鎖能力。當控制電脈沖停止輸入，讓最后一步進電機具有自鎖能力。當控制電脈沖停止輸入，讓最后一個脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時，電機保持在最后一個脈沖控制個脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時，電機保持在最后一個脈沖控制的角位移的終點位置上。步進電動機可以實現(xiàn)停車時轉子定位。的角位移的終點位置上。步進電動機可以實現(xiàn)停車時轉子定位。 綜上所述，步進電動機工作時的步數(shù)或轉速不受電壓波動和負載綜上所述，步進電動機工作時的

17、步數(shù)或轉速不受電壓波動和負載變化的影響變化的影響( (允許負載范圍內(nèi)允許負載范圍內(nèi)) )，也不受環(huán)境條件，也不受環(huán)境條件( (溫度、壓力、沖擊、溫度、壓力、沖擊、振動等振動等) )變化的影響，只與控制脈沖同步，同時它又能按照控制的變化的影響，只與控制脈沖同步，同時它又能按照控制的要求要求(yoqi)(yoqi)，實現(xiàn)啟動、停止、反轉或改變轉速。因此步進電，實現(xiàn)啟動、停止、反轉或改變轉速。因此步進電動機廣泛應用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。動機廣泛應用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。 2022-7-216第十六頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 二、運行特性二、運行特性 1、矩角特性和靜態(tài)轉矩

18、、矩角特性和靜態(tài)轉矩 當控制脈沖不斷送入各相繞組按一定程序輪流當控制脈沖不斷送入各相繞組按一定程序輪流(lnli)通電，通電， 步進電動機轉子就一步步地轉動。當步進電動機轉子就一步步地轉動。當控制脈沖停止時，如某些相繞組仍通入恒定不變的電控制脈沖停止時，如某些相繞組仍通入恒定不變的電流，轉子將固定于某位置保持不動，稱為靜止狀態(tài)。流，轉子將固定于某位置保持不動，稱為靜止狀態(tài)。此時即使有一個小的擾動使轉子偏離此位置，磁拉力此時即使有一個小的擾動使轉子偏離此位置，磁拉力也能把轉子拉回來。對于多相步進電動機，定子控制也能把轉子拉回來。對于多相步進電動機，定子控制繞組可以是一相通電，也可以是幾相同時通電

19、，下面繞組可以是一相通電，也可以是幾相同時通電，下面分別進行討論。分別進行討論。2022-7-217第十七頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 單相通電時單相通電時 單相通電時，通電相極下的齒產(chǎn)生轉矩，這些齒與轉單相通電時，通電相極下的齒產(chǎn)生轉矩，這些齒與轉子齒的相對位置及所產(chǎn)生的轉矩都是相同的，故可以用一子齒的相對位置及所產(chǎn)生的轉矩都是相同的，故可以用一對定、轉子齒的相對位置來表示轉子位置，電機對定、轉子齒的相對位置來表示轉子位置，電機(dinj)總總的轉矩等于通電相極下各個定子齒所產(chǎn)生的轉矩之和。的轉矩等于通電相極下各個定子齒所產(chǎn)生的轉矩之和。 失調(diào)角失調(diào)角e -e -定

20、子齒軸線與轉子齒軸定子齒軸線與轉子齒軸線之間的夾角線之間的夾角(ji jio)e(ji jio)e表示為電角表示為電角度。度。 齒距角齒距角t-t-一個齒距對應的電角度則一個齒距對應的電角度則te=2te=2。2022-7-218第十八頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機定、轉子定、轉子(zhun z)(zhun z)間的作用力間的作用力穩(wěn)定平衡穩(wěn)定平衡-當當e=0e=0轉子齒軸線和定子轉子齒軸線和定子(dngz)(dngz)齒軸線重合，齒軸線重合，T=0T=0。位置靜態(tài)轉矩位置靜態(tài)轉矩-轉子偏離轉過某一角度時，定、轉子齒之間的吸轉子偏離轉過某一角度時，定、轉子齒之間的吸力有

21、了切向分量，而形成轉矩力有了切向分量，而形成轉矩T T。2022-7-219第十九頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機T=-(IW) 2ZsZRlG1sine (Nm) 步進電動機的矩角特性步進電動機的矩角特性(txng) (txng) 矩角特性矩角特性-步進機步進機產(chǎn)生產(chǎn)生(chnshng)(chnshng)的靜態(tài)轉矩的靜態(tài)轉矩T T隨失隨失調(diào)角調(diào)角ee的變化規(guī)的變化規(guī)律，即律，即T=f(e)T=f(e)曲曲線。線。 其形態(tài)近似其形態(tài)近似正弦曲線。正弦曲線。 靜穩(wěn)定區(qū)靜穩(wěn)定區(qū)最大靜轉矩最大靜轉矩2022-7-220第二十頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機

22、 多相通電時多相通電時 多相通電時的矩角特性近似地由每相各自通電時的矩角特性多相通電時的矩角特性近似地由每相各自通電時的矩角特性疊加起來求出。疊加起來求出。 以三相步進電機為例。當以三相步進電機為例。當A、 B兩相同兩相同(xin tn)時通電時時通電時合成矩角特性應為兩者相加，合成矩角特性應為兩者相加， 即即 TAB =TA+TB=-Tjmaxsine-Tjmaxsin(e-120) =-Tjmaxsin(e-60) 是條與是條與A相矩角特性相距相矩角特性相距120(即即te/3)的正弦曲線。的正弦曲線。 2022-7-221第二十一頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機三相

23、步進電動機兩相通電時的轉矩三相步進電動機兩相通電時的轉矩 (a) (a) 矩角特性矩角特性(txng)(txng)； (b) (b) 轉矩向量圖轉矩向量圖2022-7-222第二十二頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 2 2、單步運行狀態(tài)、單步運行狀態(tài) 指步進電動機僅改變一次通電狀態(tài)時的運行方式，指步進電動機僅改變一次通電狀態(tài)時的運行方式， 或或輸入脈沖頻率非常之低，加第二脈沖之前前一步已經(jīng)走完的運行輸入脈沖頻率非常之低，加第二脈沖之前前一步已經(jīng)走完的運行狀態(tài)。狀態(tài)。 空載運行空載運行 通電順序為通電順序為ABCAABCA，轉子停在，轉子停在e=0e=0的位置上，如的位置上

24、，如果此時送入一個控制脈沖，切換果此時送入一個控制脈沖，切換(qi hun)(qi hun)為為B B相繞組通電，矩角相繞組通電，矩角特性就移動一個步距角特性就移動一個步距角ebeb( (等于等于120120) )，躍變?yōu)榍€，躍變?yōu)榍€B B，e=120e=120就成為新的平衡位置。就成為新的平衡位置。 2022-7-223第二十三頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機空載空載(kn zi)時步進電動機的單步運時步進電動機的單步運行行 2022-7-224第二十四頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 負載運行負載運行 當電機帶恒定負載當電機帶恒定負載TL時若

25、時若A相通電，轉子將停留在失調(diào)角相通電，轉子將停留在失調(diào)角為為ea的位置上，當?shù)奈恢蒙?，當e=ea時，電磁轉矩時，電磁轉矩TA(對應對應a點的轉矩點的轉矩)與與負載轉矩負載轉矩TL相等，轉子處于平衡。送入控制脈沖轉換到相等，轉子處于平衡。送入控制脈沖轉換到B相通相通電，則轉子所受的有效轉矩為電磁轉矩電，則轉子所受的有效轉矩為電磁轉矩TB與負載轉矩與負載轉矩TL之差，之差，即圖上的陰影即圖上的陰影(ynyng)部分。轉子在此轉矩的作用下轉過一個部分。轉子在此轉矩的作用下轉過一個步距角步距角120，由，由e=ea轉到新的平衡位置轉到新的平衡位置e=eb。這樣當繞。這樣當繞組不斷地換接時，電機也不斷

26、地作步進運動，步距角仍為組不斷地換接時，電機也不斷地作步進運動，步距角仍為120電角度。電角度。2022-7-225第二十五頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機負載時步進電動機的單步負載時步進電動機的單步(dn b)運行運行2022-7-226第二十六頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 單步運行時帶動的最大負載單步運行時帶動的最大負載 電機作單步運行時的矩角特性，圖中相鄰兩狀態(tài)矩角特性的交電機作單步運行時的矩角特性，圖中相鄰兩狀態(tài)矩角特性的交點對應的電磁轉矩用點對應的電磁轉矩用Tq表示。相鄰矩角特性的交點所對應的轉矩表示。相鄰矩角特性的交點所對應的轉矩Tq

27、是電機作單步運動所能帶動的極限負載，也稱為是電機作單步運動所能帶動的極限負載，也稱為(chn wi)極限極限啟動轉矩。實際電機所帶的負載轉矩啟動轉矩。實際電機所帶的負載轉矩TL必須小于極限啟動轉矩才必須小于極限啟動轉矩才能運行，即電機所帶負載的阻轉矩能運行，即電機所帶負載的阻轉矩TLTq。 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， 就可提高極限啟動轉就可提高極限啟動轉矩矩Tq，增大電機的負載能力。三相六拍時，矩角特性幅值不變，而，增大電機的負載能力。三相六拍時，矩角特性幅值不變，而步距角小了一半，故極限啟動轉矩。步距角小了一半，故極限啟動轉矩。2022-7-22

28、7第二十七頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機最大負載最大負載(fzi)能力的能力的確定確定2022-7-228第二十八頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 3 3、連續(xù)脈沖運行、連續(xù)脈沖運行 外加脈沖頻率的提高，步進電動機進入連續(xù)轉動狀態(tài)。外加脈沖頻率的提高，步進電動機進入連續(xù)轉動狀態(tài)。在運行過程中具有良好的動態(tài)性能在運行過程中具有良好的動態(tài)性能(xngnng)(xngnng)是保證控制是保證控制系統(tǒng)可靠工作的前提。如步進電動機經(jīng)常啟動、制動、正系統(tǒng)可靠工作的前提。如步進電動機經(jīng)常啟動、制動、正轉、轉、 反轉等，并在各種頻率下反轉等，并在各種頻率下( (各

29、種轉速各種轉速) )運行，要求電機運行，要求電機的步數(shù)與脈沖數(shù)嚴格相等，即不丟步也不越步，且轉子運的步數(shù)與脈沖數(shù)嚴格相等，即不丟步也不越步，且轉子運動平穩(wěn)。保證系統(tǒng)精度。動平穩(wěn)。保證系統(tǒng)精度。 此外，當提高使用頻率時，步進此外，當提高使用頻率時，步進電機的快速性也是動態(tài)性能電機的快速性也是動態(tài)性能(xngnng)(xngnng)的重要內(nèi)容之一。的重要內(nèi)容之一。 所以有必要對步進電動機的動態(tài)特性作一定的分析。所以有必要對步進電動機的動態(tài)特性作一定的分析。2022-7-229第二十九頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 矩頻特性-電機連續(xù)轉動時所產(chǎn)生的最大輸出轉矩T與f兩者間的關

30、系。 當控制脈沖頻率增加，電機轉速升高時，步進電動機所能帶動的最大負載轉矩值將逐步下降。主要原因(yunyn)是定子繞組電感的影響。因步進電機每相繞組是線圈，而電感有延緩電流變化的特性。運行運行(ynxng)矩頻特性矩頻特性2022-7-230第三十頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 三、步進電機的驅(qū)動三、步進電機的驅(qū)動 1 1、驅(qū)動電源、驅(qū)動電源 專門的驅(qū)動電源和步進電動機是一個有機整體，步專門的驅(qū)動電源和步進電動機是一個有機整體，步進電動機的運行性能進電動機的運行性能(xngnng)(xngnng)是電動機及其驅(qū)動電源二者配是電動機及其驅(qū)動電源二者配合的綜合表現(xiàn)。合的綜

31、合表現(xiàn)。驅(qū)動驅(qū)動(q dn)電源方框圖電源方框圖2022-7-231第三十一頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 變頻信號源是一個頻率從數(shù)十赫茲到幾萬赫茲左右的連續(xù)可變變頻信號源是一個頻率從數(shù)十赫茲到幾萬赫茲左右的連續(xù)可變的脈沖信號發(fā)生器。的脈沖信號發(fā)生器。 脈沖分配器是由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根脈沖分配器是由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路，它根據(jù)指令把脈沖信號按一定的邏輯關系加到放大器上，使步進電動據(jù)指令把脈沖信號按一定的邏輯關系加到放大器上，使步進電動機按一定的運行方式運轉。機按一定的運行方式運轉。 功率放大電路用放大后的信號去驅(qū)動步進電動機。環(huán)形分配

32、器功率放大電路用放大后的信號去驅(qū)動步進電動機。環(huán)形分配器輸出的電流只有幾毫安，一般步進電動機需要幾個到幾十個安培輸出的電流只有幾毫安，一般步進電動機需要幾個到幾十個安培的電流。功放電路種類很多，它們對電機性能的影響也各不相同。的電流。功放電路種類很多，它們對電機性能的影響也各不相同。通常通常(tngchng)(tngchng)驅(qū)動電源就以功率放大器的型式進行分類。驅(qū)動電源就以功率放大器的型式進行分類。2022-7-232第三十二頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機 2 2、驅(qū)動電路、驅(qū)動電路 單極性驅(qū)動：是一個頻率從數(shù)十赫茲到幾萬赫茲左右的單極性驅(qū)動：是一個頻率從數(shù)十赫茲到幾

33、萬赫茲左右的連續(xù)可變的脈沖信號發(fā)生器。連續(xù)可變的脈沖信號發(fā)生器。 雙極性驅(qū)動：驅(qū)動電路采用雙極性驅(qū)動：驅(qū)動電路采用H H橋結構，效率高特別適合大橋結構，效率高特別適合大功率步進電機功率步進電機(dinj)(dinj)（1KW1KW）。）。 高低壓驅(qū)動：開通和關斷時用高電壓，縮短電流上升和高低壓驅(qū)動：開通和關斷時用高電壓，縮短電流上升和下降的時間；導通器件采用低電壓維持繞組電流。下降的時間；導通器件采用低電壓維持繞組電流。 斬波恒流驅(qū)動：采用比較器，使相繞組上的電流基本為斬波恒流驅(qū)動：采用比較器，使相繞組上的電流基本為一恒定值。一恒定值。2022-7-233第三十三頁，共39頁。11.3 11.

34、3 步進電動機步進電動機 細分控制細分控制(kngzh)(kngzh)：步距角再細分至幾十甚至百倍，提：步距角再細分至幾十甚至百倍，提高進度和運行平穩(wěn)性。高進度和運行平穩(wěn)性。 方法是增加多相繞組同方法是增加多相繞組同時時(tngsh)(tngsh)導電的時間，導電的時間，同時同時(tngsh)(tngsh)控制各項繞控制各項繞組中電流的大?。ㄒ话銥榻M中電流的大?。ㄒ话銥殡A梯波），不同空間位置階梯波），不同空間位置的不同合成磁勢，轉的步的不同合成磁勢，轉的步距變小?？刹捎梦⑻幚砥骶嘧冃?。可采用微處理器斬波恒流細分驅(qū)動電路。斬波恒流細分驅(qū)動電路。2022-7-234第三十四頁，共39頁。11.3

35、11.3 步進電動機步進電動機 四、主要性能指標四、主要性能指標1.1.最大靜轉矩最大靜轉矩Tjmax-Tjmax-指步進電動機在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上指步進電動機在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉矩最大值。繞組電流越大，最大靜轉矩也越大，通常取負載的轉矩最大值。繞組電流越大，最大靜轉矩也越大，通常取負載轉矩為：轉矩為： TL=(0.30.5)Tjmax TL=(0.30.5)Tjmax2. 2. 步距角步距角b -b -每輸入一個電脈沖信號時轉子轉過的角度。每輸入一個電脈沖信號時轉子轉過的角度。 步距角大步距角大小會直接影響步進電動機的啟動和運行小會直接影響步進電動機的啟動和運行(ynxn

36、g)(ynxng)頻率。步距角頻率。步距角小的往往啟動及運行小的往往啟動及運行(ynxng)(ynxng)頻率高，但轉速和輸出功率不一頻率高，但轉速和輸出功率不一定高。定高。 3. 3. 靜態(tài)步距角誤差靜態(tài)步距角誤差b-b-實際的步距角與理論的步距角之間的差值，實際的步距角與理論的步距角之間的差值，通常用理論步距角的百分數(shù)或絕對值來衡量。通常用理論步距角的百分數(shù)或絕對值來衡量。 靜態(tài)步距角誤差靜態(tài)步距角誤差小，小， 表示電機精度高。表示電機精度高。2022-7-235第三十五頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機4. 4. 啟動頻率啟動頻率fqfq和啟動矩頻特性和啟動矩頻特性

37、啟動頻率啟動頻率-指步進電動機能夠不失步啟動的最高脈沖頻指步進電動機能夠不失步啟動的最高脈沖頻率，產(chǎn)品目錄一般都有空載啟動頻率數(shù)據(jù)。但實際大都要帶率，產(chǎn)品目錄一般都有空載啟動頻率數(shù)據(jù)。但實際大都要帶負載啟動。負載啟動頻率與負載轉矩及慣量的大小有關。啟負載啟動。負載啟動頻率與負載轉矩及慣量的大小有關。啟動矩頻特性動矩頻特性-在一定的負載慣量下，啟動頻率隨負載轉矩變在一定的負載慣量下，啟動頻率隨負載轉矩變化的特性，通常以表格或曲線形式給出?；奶匦?，通常以表格或曲線形式給出。5.5.運行運行(ynxng)(ynxng)頻率和運行頻率和運行(ynxng)(ynxng)矩頻特性矩頻特性 運行運行(yn

38、xng)(ynxng)頻率頻率-步進電動機啟動后，控制脈沖頻步進電動機啟動后，控制脈沖頻率連續(xù)上升而維持不失步的最高頻率。運行率連續(xù)上升而維持不失步的最高頻率。運行(ynxng)(ynxng)矩頻矩頻特性特性-電機帶負載運行電機帶負載運行(ynxng)(ynxng)時，頻率連續(xù)上升而維持時，頻率連續(xù)上升而維持不失步的頻率與負載轉矩兩者的關系，技術數(shù)據(jù)通常是以表不失步的頻率與負載轉矩兩者的關系，技術數(shù)據(jù)通常是以表格或曲線形式表示。格或曲線形式表示。2022-7-236第三十六頁，共39頁。11.3 11.3 步進電動機步進電動機6. 6. 額定電流額定電流-電機不動時每相繞組容許電機不動時每相繞組容許(rngx)(rngx)通過的電流。當通過的電流。當電機運轉時，每相繞組通的是脈沖電流，電流表指示的讀數(shù)為電機運轉時，每相繞組通的是脈沖電流，電流表指示的讀數(shù)為脈沖電流平均值。脈沖電流平均值。7. 7. 額定電壓額定電壓-指加在驅(qū)動電源各相主回路的直流電壓。一般不等指加在驅(qū)動電源各相主回路的直流電壓。一般不等于