实验六实验六 步进电动机实验步进电动机实验一、实验目的一、实验目的 1、通过实验加深对步进电动机的驱动电源和电机工作情况的了解 2、掌握步进电动机基本特性的测定方法 二、预习要点二、预习要点 1、了解步进电动机的工作情况和驱动电源 步进电动机有哪些基本特性？怎样测定？ 三、实验项目三、实验项目 图 1 为步进电机控制器和步进电机实验台之间的连线图步 进 电 机 控 制 器步 进 电 机 实 验 台 24V0AABBCC图 1 步进电机实验连线图 1、单步运行状态接通电源，将控制器系统设置于单步运行状态，或复位后，按执行键，步 进电机走一步距角，绕组相应的发光管发亮，再不断按执行键，步进电机转子 也不断步进运动改变电机转向，电机作反向步进运动 2、角位移和脉冲数的关系 控制系统接通电源，设置好预置步数，按执行键，电机运转，观察并记录 电机偏转角度，再重设置另一置数值，按执行键，观察并记录电机偏转角度于 表 1 中，并利用公式计算电机偏置较大与实际值是否一致表 1 角位移和脉冲数的关系序号步数实际电机偏转角度理论电机偏转角度 1 23、空载突跳频率的测定控制系统置连续运行状态，按执行键，电机连续运转后，调节速度调节旋 钮使频率提高至某频率（自动指示当前频率） 。
按设置键让步进电机停转，再从 新启动电（按执行键） ，观察电机能否运行正常，如正常，则继续提高频率，直 至电机不失步启动的最高频率，则该频率为步进电机的空载突跳频率记为 Hz 4、空载最高连续工作频率的测定 步进电机空载连续运转后，缓慢调节速度调节旋钮使频率提高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则再缓慢提高频率，直至电机能连续运转的最高 频率，则该频率为步进电机空载最高连续工作频率记为 Hz 5、转子振动状态的观察步进电机空载连续运转后，调节并降低脉冲频率，直至步进电机声音异常 或出现电机转子来回偏摆即为步进电机的振荡状态 6、定子绕组中电流和频率的关系 在步进电机电源的输出端串联一只直流电流表（注意+、-端）使步进电机 连续运转，由低到高逐渐改变步进电机的频率，读取并记录 6 组电流表的平均 值、频率值于表 2 中表 2 定子绕组电流和频率的关系序号123456f(Hz)I(A)7、平均转速和脉冲频率的关系接通电源，将控制系统设置于连续运转状态，再按执行键，电机连续运转， 改变速度调节旋钮，测量频率 f 与对应的转速 n，即 n＝f（f） 记录 6 组数据于 表 3 中。
表 3 平均转速和脉冲频率的关系序号123456F（Hz）N（r/min ）8、矩频特性的测定及最大静力矩特性的测定置步进电机为逆时针转向，试验架坐端挂 20N 的弹簧秤，右端挂 30N 的弹 簧秤，两秤下端的弦线套在皮带轮的凹槽内，控制电路工作于连续方式，设定 频率后，使步进电机启动运转，旋转棘轮机构手柄，弹簧秤通过弦线对皮带轮 施加制动力矩（力矩大小＝（F大－F小）·D/2） ，仔细测定对应设定频率的最 大输出动态力矩（电机失步前的力矩） 改变频率，重复上述过程得到一组与频 率 f 对应的转矩 T，即为步进电机的矩频特性 T＝f（f） 记录于表 4 中表 4 步进电机的矩频特性数据 D＝ cm序号123456f(Hz)F大(N)F小(N)T(N·cm)9、静力矩特性 T＝f（I）关闭电源，控制电路工作于单步运行状态，将可调电阻箱的两只 90Ω 电阻并 接（阻值为 45Ω，电流 2.6A） ，把可调电阻及一只 5A 直流电流表串入 A 相绕 组回路（注意+、-端） ，把弦线一端串在皮带轮边缘上的小孔并固定，另一端盘 绕皮带轮凹槽几圈后结在 30N 弹簧秤下端的钩子上，弹簧秤的另一端通过弦线 与定滑轮、棘轮机构连接。
接通电源，使 A 相绕组通过电流，缓慢旋转手柄，读取并记录弹簧秤的最大值即为对应电流 I 的最大静力矩 TMAX（） ，改变可调电阻并使2maxDFT阻值逐渐增大，重复上述过程，可得一组电流 I 值及对应 I 值的最大静力矩TMAX值，即为静力矩特性共取 5 组数据记录于表 5 中)(maxIfT表 5 步进电机静力矩特性数据 D= cm序号12345I(A)F(N)TMAX(N·cm)五、实验报告五、实验报告 1、单步运行状态：步距角 2、角位移和脉冲数关系 3、突载空跳频率 4、空载最高连续工作频率 5、绕组电流的平均值与频率之间的关系 6、平均转速和脉冲频率的特性 n=f(f) 7、矩频特性 T=f(f)8、最大静力矩特性)(maxIfT附：步进电机控制箱的使用说明附：步进电机控制箱的使用说明脉冲频率显示（Hz）EDCBA 步进电机运行状态显示控制键盘转向复位拍数相数执行数位设置数据脉冲波形观测端ABC脉冲序列接三相步进电机绕组速度调节公共端ABC+24VFuse控制（2A）电机（5A）Fuse开关电源开关D54步进电机控制箱步进电机控制箱面板图 1、开启电源开关，面板上的三位数字频率计将显示“000” ；由六位 LED 数码 管组成的步进电动机运行状态显示器自动进入“9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000”动态自检过程，而后停显在系统的初态“┫.3” 。
2、控制键盘功能说明 设置键：手动单步运行方式和连续运行各方式的选择 拍数键：单三拍、双三拍、三相六拍等运行方式的选择 相数键：电机相数（三相、四相、五相）的选择 转向键：电机正、反转选择 数位键：预置步进的数据位设置数据键：预置步数位的数据设置 执行键：执行当前运行状态 复位键：由于意外原因导致系统死机时可按此键，经动态自检过程后返回 系统初态 3、控制系统试运行暂不接步进电机绕组，开启电源进入系统初态，及可进入试运行操作 （1）单步操作运行：每按一次“执行键” ，完成一拍的运行，若连续按执行键， 状态显示器的末尾将依次循环显示“B→C→A→B···” ；由五只 LED 发光二 极管组成的绕组通电状态指示器的 B、C、A 将依次循环点亮，以示电脉冲的分 配规律 （2）连续运行：按设置键，状态显示器显示“┫3000” ，称此状态为连续运行 的初态，此时，可分别操作“拍数” 、 “转向” 、和“相数”三个键，以确定步进 电机当前所需的运行方式最后按“执行”键，即可实现连续运行三个键的 具体操作如下 A）按“拍数”键：状态显示器首位数码管显示在：“┫” 、 “┃” 、 “┫”之间 切换，分别表示三相单拍、三相六拍和三相双三拍运行方式。
B）按“相数”键，状态显示器的第二位，在“3、4、5”之间切换，分别表示 为三相、四相、五相步进电机运行 C）按“转向”键状态显示器的首位在“┫”与“┝”之间切换， “┫”表示正 转， “┝”表示反转 （3）预置数运行：设定“拍数” 、 “转向”和“拍数”后，可进行预置数设定， 其步骤如下： A）操作“位数”键，可使状态显示器逐位显示“0.” ，出现小数点的位即为选 中位 B）操作“数据”键，写入该位所需的数字 C）根据所需的步数，分别操作“位数”和“数据”键，将总步数的各位写入显 示器的相应位至此，预置数设定操作结束 D）按“执行”键，状态显示器作自动减 1 运算，直减至 0 后，自动返回连续运 行的初态 （4）步进电机转速的调节与电位脉冲频率显示 调节面板上的“速度调节”电位器旋钮，即可改变电脉冲的频率，从而改变了 步进电机的转速同时，由频率计显示出输入脉冲序列的频率。