自动控制元件45同步电机步进电机剖析word版本

《自动控制元件45同步电机步进电机剖析word版本》由会员分享，可在线阅读，更多相关《自动控制元件45同步电机步进电机剖析word版本（106页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、自动控制元件45同步电机步进电机剖析4.2 永磁式同步电动机永磁式同步电动机一、结构特点一、结构特点一、结构特点一、结构特点：转子是永磁磁极。：转子是永磁磁极。 可以多级。可以多级。二、工作原理二、工作原理二、工作原理二、工作原理n n磁极间的作用力磁极间的作用力+ +旋转磁场。旋转磁场。n n定子电流产生圆形旋转磁场，定子电流产生圆形旋转磁场， 磁极间同性相斥、异性相吸，旋转磁场带动永磁磁极间同性相斥、异性相吸，旋转磁场带动永磁转子共同转动。转子共同转动。n n同步转速为同步转速为 r/min r/min 4.2 永磁式同步电动机永磁式同步电动机三、电磁转矩的解析表达式三、电磁转矩的解析表达

2、式三、电磁转矩的解析表达式三、电磁转矩的解析表达式n n设转子和定子磁极轴线的夹角（电角）为设转子和定子磁极轴线的夹角（电角）为 ， 圆柱圆柱表面磁场间的作用力矩是周期函数。表面磁场间的作用力矩是周期函数。n n基波分量基波分量n n电机的基本电磁转矩电机的基本电磁转矩n n ：失调角或功率角：失调角或功率角四、同步运行四、同步运行n n转子转速与磁场相同。转子转速与磁场相同。n n 随负载转矩变化随负载转矩变化 。n n当失调角为当失调角为9090时转矩最大。时转矩最大。4.2 永磁式同步电动机永磁式同步电动机n n因而，永磁式同步电机的电磁转矩宇失调角有关。因而，永磁式同步电机的电磁转矩宇

3、失调角有关。 若负载转矩增大，电机失调角自动增加，以便产生若负载转矩增大，电机失调角自动增加，以便产生较大的电磁转矩来平衡负载转矩，并保持转子匀速较大的电磁转矩来平衡负载转矩，并保持转子匀速转动；若负载转矩变小，失调角也变小，但电机始转动；若负载转矩变小，失调角也变小，但电机始终保持在同步转速。终保持在同步转速。 同步电机的负载转矩不可大于最大同步转矩。同步电机的负载转矩不可大于最大同步转矩。 思考：某一永磁式同步电机，同步转速思考：某一永磁式同步电机，同步转速1500r/min1500r/min。最大输出电磁转矩为最大输出电磁转矩为1Nm,1Nm,问当负载转矩为问当负载转矩为0.5Nm0.5

4、Nm时，时，电机的转子转速？转子失调角？电机的转子转速？转子失调角？4.2 永磁式同步电动机永磁式同步电动机五、起动与异步运行五、起动与异步运行五、起动与异步运行五、起动与异步运行 n n纯粹的同步电机起动难。纯粹的同步电机起动难。 旋转磁场无惯性，转子旋转磁场无惯性，转子 有惯性有惯性 。 转矩时正、时负，平均为零。转矩时正、时负，平均为零。n n影响起动的因素：转动惯量与转速差大。影响起动的因素：转动惯量与转速差大。n n解决办法：加鼠笼启动绕组解决办法：加鼠笼启动绕组 。n n起动与异步时，鼠笼绕组有起动与异步时，鼠笼绕组有 电流和异步转矩使转速接近电流和异步转矩使转速接近 同步转速，磁

5、极力拉入同步。同步转速，磁极力拉入同步。n n鼠笼绕组：短时工作。鼠笼绕组：短时工作。4.2 永磁式同步电动机永磁式同步电动机六、机械特性六、机械特性六、机械特性六、机械特性 n n 为最大同步转矩，为最大同步转矩， 又称为失步转矩。又称为失步转矩。n n 为名义牵入转矩为名义牵入转矩 (s=0.05) (s=0.05)n n鼠笼绕组电阻小，机械特性硬，鼠笼绕组电阻小，机械特性硬， 避免避免S=0.05S=0.05处处TinTin太小。太小。七、优、缺点七、优、缺点七、优、缺点七、优、缺点n n功率较大，功率因数功率较大，功率因数 和效率最高，综合性能指标较好。和效率最高，综合性能指标较好。n

6、 n起动电流倍数较大，且永磁体价格贵，结构复杂，所以起动电流倍数较大，且永磁体价格贵，结构复杂，所以整机成本较高整机成本较高 。 4.2 永磁式同步电动机永磁式同步电动机n n思考： 永磁异步电动机的鼠笼绕组有何作用？为何启动永磁异步电动机的鼠笼绕组有何作用？为何启动时（或转差率较大时）鼠笼绕组产生电磁转矩而时（或转差率较大时）鼠笼绕组产生电磁转矩而永磁铁不产生电磁转矩？为何同步运行时永磁铁永磁铁不产生电磁转矩？为何同步运行时永磁铁产生转矩而鼠笼绕组不产生转矩？产生转矩而鼠笼绕组不产生转矩？4.3 磁阻同步电动机磁阻同步电动机n n变磁阻或反应式同步电动机变磁阻或反应式同步电动机一、结构特点一

7、、结构特点一、结构特点一、结构特点n n软磁钢片加非磁性金属片。软磁钢片加非磁性金属片。n n转子不同的方向磁阻不同。转子不同的方向磁阻不同。 磁阻随转角变化。磁阻随转角变化。n n凸极（导磁）。凸极（导磁）。二、工作原理二、工作原理二、工作原理二、工作原理n n磁力线收缩力，使磁阻最小、磁力线最短。磁力线收缩力，使磁阻最小、磁力线最短。n n r/min r/minn n启动困难，需要启动绕组。启动困难，需要启动绕组。4.3 磁阻同步电动机磁阻同步电动机三、电磁转矩三、电磁转矩三、电磁转矩三、电磁转矩n nT T 是是 的周期函数，的周期函数， 周期是周期是 ，基波，基波n n = 45 =

8、 45转矩取得最大值转矩取得最大值 。n n转矩转矩 ， 由磁阻不同产生。由磁阻不同产生。 分别为交轴磁阻和直轴磁阻分别为交轴磁阻和直轴磁阻n n磁阻同步电动机原理：旋转磁场磁阻同步电动机原理：旋转磁场+ +磁阻转矩磁阻转矩4.3 磁阻同步电动机磁阻同步电动机四、磁阻转矩与基本电磁转矩四、磁阻转矩与基本电磁转矩n n磁化形成的临时磁极与固有磁极，磁化形成的临时磁极与固有磁极， 周期不同。周期不同。n n永磁同步电机中有两种转矩，永磁同步电机中有两种转矩， 磁阻转矩很小，称为附加转矩磁阻转矩很小，称为附加转矩 。n n直流有槽电机存在磁阻转矩，引起转矩波动。直流有槽电机存在磁阻转矩，引起转矩波动

9、。五、电机的起动：起动难，用鼠笼绕组。五、电机的起动：起动难，用鼠笼绕组。六、机械特性六、机械特性 同永磁同步电机。同永磁同步电机。七、优缺点：结构简单，价格低，功率因数和效率低七、优缺点：结构简单，价格低，功率因数和效率低 。4.4 磁滞同步电动机磁滞同步电动机一、磁滞电动机的结构 定子结构与普通交流电机相同；定子结构与普通交流电机相同；n n转子：隐极式结构转子：隐极式结构, ,没有绕没有绕 组，在外圆周处是一个环组，在外圆周处是一个环 状的有效层，由具有磁滞特性的硬磁材料制成的，状的有效层，由具有磁滞特性的硬磁材料制成的，但预先不磁化，无固定磁极。环状结构可以节省但预先不磁化，无固定磁极

10、。环状结构可以节省硬磁材料。硬磁材料。n n有效层内用非磁性材料或软磁材料制成（如黄铜、有效层内用非磁性材料或软磁材料制成（如黄铜、铝合金等），称衬套。铝合金等），称衬套。4.4 磁滞同步电动机磁滞同步电动机二、旋转磁场中磁滞材料的磁滞特性（二、旋转磁场中磁滞材料的磁滞特性（二、旋转磁场中磁滞材料的磁滞特性（二、旋转磁场中磁滞材料的磁滞特性（B B变化滞后于变化滞后于变化滞后于变化滞后于HH变化）变化）变化）变化）n n设转子由磁滞材料设转子由磁滞材料 制成，定子磁场是制成，定子磁场是 外磁场，可以旋转。外磁场，可以旋转。n n设转子不动，外磁设转子不动，外磁 场转动，两磁场轴场转动，两磁场轴

11、 线夹角为线夹角为 。n n软磁材料：软磁材料： 。磁滞材料：。磁滞材料： 。 外磁场转角小外磁场转角小 时转子磁场轴线不变，转角大时转子磁场轴线转动。时转子磁场轴线不变，转角大时转子磁场轴线转动。n n磁滞角（失调角）：磁滞角（失调角）： ，最大磁滞角：，最大磁滞角： 。n n转子磁场轴线滞后于定子磁场轴线变化，由磁滞材料特性决定转子磁场轴线滞后于定子磁场轴线变化，由磁滞材料特性决定三、磁滞转矩三、磁滞转矩n n最大磁滞转矩最大磁滞转矩 4.4 磁滞同步电动机磁滞同步电动机四、起动过程四、起动过程四、起动过程四、起动过程n n定子绕组通电产生旋转磁场，定子绕组通电产生旋转磁场， 。相当于转子

12、不动，。相当于转子不动，磁场以磁场以 转动。磁场夹角转动。磁场夹角 反复磁化，有磁滞损耗；反复磁化，有磁滞损耗；五、同步运行五、同步运行五、同步运行五、同步运行六、异步运行六、异步运行六、异步运行六、异步运行n n磁滞转矩：磁滞转矩： n n涡流转矩：涡流转矩：n n总转矩总转矩 七七七七、机械特性、机械特性4.4 磁滞同步电动机磁滞同步电动机八、异步运行时的热损耗n n产生涡流损耗和磁滞损耗 。磁滞材料磁滞损耗大，发热严重，不宜长期异步运行。十、优缺点n n优点 1）转子无起动绕组，结构简单。2）堵转转矩大。3）转子结构对称，动平衡好，转速可以很高。n n缺点 1）功率因数低。2）磁滞材料贵

13、。4.5 电磁减速式同步电动机电磁减速式同步电动机n n又称低速同步电动机，每分钟几十转到数百转又称低速同步电动机，每分钟几十转到数百转 。n n转速与电源频率成比例，可归入同步电动机。转速与电源频率成比例，可归入同步电动机。n n反应式，定、转子铁心上都有均布的开口型齿槽。反应式，定、转子铁心上都有均布的开口型齿槽。 定子槽中放有两相或三相绕组，转定子槽中放有两相或三相绕组，转 子没有绕组。子没有绕组。n n每个极距下，转子齿每个极距下，转子齿 数比定子齿数数比定子齿数 多多1 1。设定子、转子齿数分别为。设定子、转子齿数分别为 、 ，极对数为，极对数为p p ，则有，则有4.5 电磁减速式

14、同步电动机电磁减速式同步电动机n n两级电机，定子齿数两级电机，定子齿数=16=16，则转子齿数，则转子齿数1818 。n n定子磁场转速与转子转速之比为定子磁场转速与转子转速之比为n n转子转速为转子转速为 r/min r/min n n结构简单，因此制造方便，成本较低。转速越低，定、结构简单，因此制造方便，成本较低。转速越低，定、转子上的齿数也越多。转子上的齿数也越多。第五章第五章 步进电动机及其控制步进电动机及其控制5.1 概述概述n n名称：转角受脉冲信号控制，一个脉冲前进一步。名称：转角受脉冲信号控制，一个脉冲前进一步。电机输入脉冲电流，脉冲电机。转子的转动与磁场电机输入脉冲电流，脉

15、冲电机。转子的转动与磁场一致，同步电机。一致，同步电机。n n将数字式电脉冲信号转化为机械位移的执行元件；将数字式电脉冲信号转化为机械位移的执行元件；n n应用特点：广泛用于开环位置控制控制系统，结构应用特点：广泛用于开环位置控制控制系统，结构简单，调试容易。简单，调试容易。n n应用场所：数控机床，计算机外围设备，钟表，数应用场所：数控机床，计算机外围设备，钟表，数字控制系统等字控制系统等 。n n类型：磁阻式，永磁式，混合式（感应子式）。类型：磁阻式，永磁式，混合式（感应子式）。5.1 概述概述n n优点：优点： 1 1、直接数字控制，控制简单；、直接数字控制，控制简单； 2 2、开环位置

16、控制精度高，速度与脉冲平率严格正、开环位置控制精度高，速度与脉冲平率严格正比比 3 3、自锁能力；、自锁能力； 4 4、无换向装置，机械结构简单、坚固耐用；、无换向装置，机械结构简单、坚固耐用；n n缺点缺点: : 效率低；功率小；配驱动器；分辨力不灵效率低；功率小；配驱动器；分辨力不灵活。活。举例：数控机床举例：数控机床5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理一、磁阻式步进电动机的结构特点一、磁阻式步进电动机的结构特点n n定、转子由软磁材料制成，定、转子由软磁材料制成， 定子上有控制绕组。定子上有控制绕组。 基于磁阻变化而产生转矩基于磁阻变化而产生转矩 。n n1 1单

17、段式单段式单段式单段式n n定子铁心内圆上分布着若干定子铁心内圆上分布着若干 个大齿个大齿磁极。每个磁极磁极。每个磁极 上都装有控制绕组上都装有控制绕组, , 接成接成m m 相。每相有两个绕组，位于相。每相有两个绕组，位于 一条直径两端。一条直径两端。5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理n n定子磁极数定子磁极数 n n定子磁极有均布的小齿定子磁极有均布的小齿 。n n转子没有绕组，铁心外圆上也有小转子没有绕组，铁心外圆上也有小 齿，与定子小齿完全相同。齿，与定子小齿完全相同。n n齿距角齿距角：两齿中心线的夹角：两齿中心线的夹角n n若某一磁极下定、转子的齿对齐，则

18、同一相的另若某一磁极下定、转子的齿对齐，则同一相的另一个磁极下的定、转子的小齿也是对齐的，相邻一个磁极下的定、转子的小齿也是对齐的，相邻极下的定、转子齿之间错开转子齿距的极下的定、转子齿之间错开转子齿距的 。 定子相邻磁极间的转子齿数为非整数，与整数相差定子相邻磁极间的转子齿数为非整数，与整数相差1m1m5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理n n2 2多段式多段式多段式多段式 多段式又称为轴向分相式。按其磁路的特点不多段式又称为轴向分相式。按其磁路的特点不同，又可分为轴向磁路多段式和径向磁路多段式同，又可分为轴向磁路多段式和径向磁路多段式两种。多段式结构复杂，转子可细长

19、，减小惯量。两种。多段式结构复杂，转子可细长，减小惯量。5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理二、工作原理二、工作原理1. 1.简述简述 旋转磁场旋转磁场+ +磁阻转矩磁阻转矩 与磁阻同步电机有区别与磁阻同步电机有区别n n各相绕组轮流通电，形成步进式旋转磁场。磁阻转各相绕组轮流通电，形成步进式旋转磁场。磁阻转矩使转子转到磁阻最小的位置。矩使转子转到磁阻最小的位置。2. 2.无小齿的三相磁阻式步进电动机无小齿的三相磁阻式步进电动机n n周期性通电周期性通电 。n n通电一周期，转过转子的一个齿矩角。磁场顺转。通电一周期，转过转子的一个齿矩角。磁场顺转。 5.2 磁阻式步进

20、电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理n n改变通电顺序，改变通电顺序， n n磁场和转子反转，转角大小不变。磁场和转子反转，转角大小不变。n n结论结论n n步进电动机各相绕组轮流通电，形成步进式旋转磁步进电动机各相绕组轮流通电，形成步进式旋转磁场，转动方向取决于通电的顺序。为了使电机连续场，转动方向取决于通电的顺序。为了使电机连续转动，通电状态的变化应当是周期性的。转动，通电状态的变化应当是周期性的。n n通电状态完成一个周期，转子转过转子的一个齿距通电状态完成一个周期，转子转过转子的一个齿距角。转角大小取决于通电状态变化次数（输入脉冲角。转角大小取决于通电状态变化次数（输入脉冲个数）

21、，转速取决于通断电的频率（脉冲频率）。个数），转速取决于通断电的频率（脉冲频率）。n n一个磁极下定转子齿对齐，相邻磁极下齿错开，电一个磁极下定转子齿对齐，相邻磁极下齿错开，电机才能运动机才能运动。5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理3. 3.拍数与步矩角拍数与步矩角n n各绕组通电的不同状态数称为拍数，记为各绕组通电的不同状态数称为拍数，记为N N。如上述电机，拍。如上述电机，拍数为数为3 3 。在通、断电的一个周期内，通电状态改变的次数也就。在通、断电的一个周期内，通电状态改变的次数也就是拍数，改变一次通电状态也称为是拍数，改变一次通电状态也称为1 1 拍。拍。n

22、n改变一次通电状态，转子转过角位移称为步距角，即每一拍改变一次通电状态，转子转过角位移称为步距角，即每一拍( (步步) )所转过的角度，记为所转过的角度，记为 。 每个通电周期共每个通电周期共N N拍，走拍，走N N步，转过一个齿距角步，转过一个齿距角 ，故有，故有n n上述电机上述电机 n n步矩角太大，应增加转子齿数。步矩角太大，应增加转子齿数。5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理4. 4.有小齿的四相磁阻式步进电动机有小齿的四相磁阻式步进电动机 n n 定子定子8 8极极4 4相绕组。相绕组。n n极距包含的齿数极距包含的齿数n n正转正转 反转反转n n1 1拍

23、拍 一周期转一个齿距角一周期转一个齿距角n n4 4相单相单4 4拍，单：一个绕组通电。缺点：瞬间转矩为零。拍，单：一个绕组通电。缺点：瞬间转矩为零。5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理n n两相通电两相通电n n4 4相双相双4 4拍拍 双：两相双：两相 1 1拍：拍： 一周期一个齿距角。与单拍运行相同。一周期一个齿距角。与单拍运行相同。n n4 4相相8 8拍拍5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理AABBBCCCDDDAA5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理5

24、. 5. 步进电动机的分配方式及转角与转速步进电动机的分配方式及转角与转速步进电动机的分配方式及转角与转速步进电动机的分配方式及转角与转速n n 步进电机通、断电的转换规律称分配方式。步进电机通、断电的转换规律称分配方式。n n单拍制：拍数等于相数，如四相单四拍、四相双四拍单拍制：拍数等于相数，如四相单四拍、四相双四拍n n双拍制：拍数等于相数的双拍制：拍数等于相数的2 2倍，如四相八拍、三相六拍；倍，如四相八拍、三相六拍；n nmm相数相数 n n N N大，步距角小。大，步距角小。n nk k=1=1单拍制，单拍制，k k=2=2双拍制双拍制n n细分电路细分电路 k k=4=4，8 8，

25、1616，3232。n n用脉冲信号进行控制，一个脉冲改变一次通电状态，转过一用脉冲信号进行控制，一个脉冲改变一次通电状态，转过一个步距角，转速个步距角，转速n n步进电机转角由脉冲个数决定，转速由脉冲频率决定。步进电机转角由脉冲个数决定，转速由脉冲频率决定。一台步进电动机可有两个步距角，如5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性n n当控制脉冲不断输入，各相按照一定顺序轮流通电当控制脉冲不断输入，各相按照一定顺序轮流通电时，步进电机就一步一步的转动。当控制脉冲停止，时，步进电机就一步一步的转动。当控制脉冲停止，并且最后一拍通电的定子控制绕组仍通入恒定不变并且最后一拍通电的

26、定子控制绕组仍通入恒定不变的电流时，通电绕组产生的电磁力将使得转子固定的电流时，通电绕组产生的电磁力将使得转子固定不动，该状态为步进电机的静态。不动，该状态为步进电机的静态。n n在静态时，若有外力矩存在，电磁力将力图把转子在静态时，若有外力矩存在，电磁力将力图把转子拉回原位置，为静态自锁能力。拉回原位置，为静态自锁能力。5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性n n步进电机绕组通电状态保持不变而转子静止的状态步进电机绕组通电状态保持不变而转子静止的状态称为静态。静态时所具有的性能称为静态特性，主称为静态。静态时所具有的性能称为静态特性，主要指转矩和偏转角的关系。要指转矩和

27、偏转角的关系。n n在步进电动机中定义电角在步进电动机中定义电角 等于转子齿数等于转子齿数 乘以机械乘以机械角角 ，即，即 n n用电角表示齿距角用电角表示齿距角n n用电角表示的步距角为用电角表示的步距角为 rad rad n n以电角表示的齿距角和步距角与齿数无关。以电角表示的齿距角和步距角与齿数无关。5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性一、单相通电一、单相通电n n定、转子齿轴线夹角（电角定、转子齿轴线夹角（电角 ） 为偏转角。为偏转角。n n转矩是偏转角的周期函数，周期为转矩是偏转角的周期函数，周期为2rad 2rad （电角）。（电角）。 =0 =0 的位置是

28、稳定平衡位置，的位置是稳定平衡位置， = =是不稳定平衡位置。是不稳定平衡位置。n n转矩转矩5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性355.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性36 平衡位置平衡位置 电磁转矩为零，静止不动。电磁转矩为零，静止不动。n单相通电时的稳定平衡位置单相通电时的稳定平衡位置: 通电极下齿与齿对齐。通电极下齿与齿对齐。 不稳定平衡位置：不稳定平衡位置： 齿与槽对齐。齿与槽对齐。5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性n n失调角失调角 : :转子偏离稳定平衡位置的角度，等于实际转子偏离稳定平衡位置的角度，等于实

29、际角位移角位移 减去稳定平衡点的角位移减去稳定平衡点的角位移 。 前述的转子偏转角也就是失调角。前述的转子偏转角也就是失调角。n n静转矩静转矩: :步进电机静止且绕组通以步进电机静止且绕组通以 直流电时，由失调角引起的转矩。直流电时，由失调角引起的转矩。n n矩角特性矩角特性: :静转矩与失调角的关系。静转矩与失调角的关系。n n最大静转矩最大静转矩 ，与绕组电流有关。，与绕组电流有关。n n静稳定区静稳定区 ：转矩使转子回到原平衡位置：转矩使转子回到原平衡位置 。5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性n n静稳定区静稳定区 ：转矩使转子回到原平衡位置的区域：转矩使转子

30、回到原平衡位置的区域 。n n转子失调角处于静稳定区内时，在外力矩撤销后，在电磁转转子失调角处于静稳定区内时，在外力矩撤销后，在电磁转矩作用下转子会回到初始平衡位置；矩作用下转子会回到初始平衡位置；n n转子失调角超出这个区域，外转矩消失后，转子将趋向于前转子失调角超出这个区域，外转矩消失后，转子将趋向于前一个或后一个稳定平衡位置，而不能再回到初始平衡位置。一个或后一个稳定平衡位置，而不能再回到初始平衡位置。5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性多相通电时的矩角特性三相磁阻式步进电动机绕组通电时的矩角特性A相通电A、B相同时通电B相通电C相通电5.3 磁阻式步进电动机的静

31、态特性磁阻式步进电动机的静态特性三相磁阻式步进电动机的矩角特性曲线簇5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性三相磁阻式步进电动机的多相控制三相磁阻式步进电动机的多相控制A相通电A、B相通电5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性多相通电时的矩角特性四相磁阻式步进电动机绕组通电时的矩角特性A相通电D相通电B相通电C相通电5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性四相步进电动机的矩角特性曲线簇5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性多相通电时的矩角特性A、B相通电D、A相通电B、C相通电C、D相通电四相双四拍的矩角特性5

32、.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性四相双四拍及四相单双八拍的矩角特性曲线簇n相通电时的矩角特性1相通电n相通电2相通电3相通电.依次相差一个步距角n相通电时的矩角特性按叠加原理，n (nm)相同时通电时的静转矩5.3 磁阻式步进电动机的静态特性磁阻式步进电动机的静态特性二、多相通电二、多相通电n n两相或两相以上的控制绕组同时通电两相或两相以上的控制绕组同时通电 。n n利用叠加原理可得多相通电时的矩角特性：利用叠加原理可得多相通电时的矩角特性：n n利用三角函数可推得利用三角函数可推得n n三相电机三相电机n n四相电机四相电机n n五相电机五相电机n n四相以上，多

33、相通电能提高最大静转矩。四相以上，多相通电能提高最大静转矩。 上次课总结上次课总结n n步进电机的结构、基本工作原理n n齿距角、步距角的概念；n n步进电机角位移、角速度的计算方法；n n“拍”的概念，及步进电机的分配方式；上次课总结上次课总结n n步进电机绕组通电状态保持不变而转子静止的状态称为步进电机绕组通电状态保持不变而转子静止的状态称为静态。静态时所具有的性能称为静态特性，主要指转矩静态。静态时所具有的性能称为静态特性，主要指转矩和偏转角的关系。和偏转角的关系。n n在步进电动机中定义电角在步进电动机中定义电角 等于转子齿数等于转子齿数 乘以机械角乘以机械角 ，即，即 n n用电角表

34、示齿距角用电角表示齿距角n n用电角表示的步距角为用电角表示的步距角为 n n rad rad n n n n以电角表示的齿距角和步距角与齿数无关。以电角表示的齿距角和步距角与齿数无关。上次课总结上次课总结上次课总结上次课总结 平衡位置平衡位置 电磁转矩为零，静止不动。电磁转矩为零，静止不动。n单相通电时的稳定平衡位置单相通电时的稳定平衡位置: 通电极下齿与齿对齐。通电极下齿与齿对齐。 不稳定平衡位置：不稳定平衡位置： 齿与槽对齐。齿与槽对齐。上次课总结上次课总结n n失调角失调角 : :转子偏离稳定平衡位置的角度转子偏离稳定平衡位置的角度 n n静转矩静转矩: :步进电机静止且绕组通以直流电

35、时，由失调步进电机静止且绕组通以直流电时，由失调角引起的转矩。角引起的转矩。n n矩角特性矩角特性: :静转矩与失调角的关系。静转矩与失调角的关系。n n最大静转矩最大静转矩 ，与绕组电流有关。，与绕组电流有关。n n静稳定区静稳定区 ：转矩使转子回到原平衡位置：转矩使转子回到原平衡位置 。上次课总结上次课总结n多相通电时的矩角特性：各相绕组单独通电时矩角特性的叠加。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性n n步进电机的旋转磁场不是均匀的，而是步进形式；步进电机的旋转磁场不是均匀的，而是步进形式；n n步进电机的运转总是在电气和机械的过渡过程中进步进电机的运转总是在电气和

36、机械的过渡过程中进行，转子运动或多或少的具有过渡过程的振荡性质；行，转子运动或多或少的具有过渡过程的振荡性质；n n步进电机的动特性将直接影响到系统的快速响应与步进电机的动特性将直接影响到系统的快速响应与工作的可靠性。工作的可靠性。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性一、单步运行状态一、单步运行状态 n n绕组通电持续时间长，持续时间绕组通电持续时间长，持续时间 大于步进电机的机电过渡时间，大于步进电机的机电过渡时间， 转子每拍从静止开始转动。转子每拍从静止开始转动。1. 1.单步运行单步运行单步运行单步运行n nA A相稳定平衡位置为零位。相稳定平衡位置为零位。n n

37、1 1）无反抗性负载阻转矩情况）无反抗性负载阻转矩情况。n n每步转一个步矩角。每步转一个步矩角。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性2)2)恒定负载阻转矩恒定负载阻转矩 且且n n 是相邻矩角曲是相邻矩角曲线交点对应的电线交点对应的电磁转矩磁转矩 。 阴影部分表示在运行过程中电磁转矩中减去了负载转矩后，克服转子加速运行的加速转矩。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性n n2.步进电动机的负载能力（起动转矩 ）n n设n n对应角 的电磁转 矩小于负载转矩， 电机不能向前运动。n n 是电机作单步运行所能带的极限负载。是电机作单步运行所能带的极限

38、负载。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性 三相单双六拍制时尽管最大静转矩未变，但步距角缩小了，矩角特性曲线族包络线的最低点升高了，起动转矩变大。多拍情况下，交高升高，负载能力提高。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性60u单步运行步进电动机的自由振荡5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性3. 3.单步运行时转子的运动形式单步运行时转子的运动形式单步运行时转子的运动形式单步运行时转子的运动形式n n由一个稳定平衡位置到下一由一个稳定平衡位置到下一 个稳定平衡位置的运动过程，个稳定平衡位置的运动过程， 过渡过程，阶跃响应。过渡

39、过程，阶跃响应。n n单调变化和衰减的振荡单调变化和衰减的振荡 。n n单步运行时的震荡对步进电机单步运行时的震荡对步进电机不利，将影响系统精度，带来振动不利，将影响系统精度，带来振动与噪音。与噪音。未减弱振荡，应增大阻尼，加快衰未减弱振荡，应增大阻尼，加快衰减，电机中往往设置了特殊阻尼器。减，电机中往往设置了特殊阻尼器。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性二、连续运行状态二、连续运行状态 1. 1.几个概念几个概念n n1 1）控制频率）控制频率 步进电机输入脉冲信号的频率。步进电机输入脉冲信号的频率。n n2 2）连续运行状态：绕组通电的持续时间小于转子运动）连续运

40、行状态：绕组通电的持续时间小于转子运动的机电过渡过程时间。的机电过渡过程时间。n n3 3）失步：步进电动机运动的步数与输入脉冲数不相等。）失步：步进电动机运动的步数与输入脉冲数不相等。n n丢步：步数少于脉冲数。发生在加速时。丢步：步数少于脉冲数。发生在加速时。n n越步：步数多于脉冲数。发生在减速时。越步：步数多于脉冲数。发生在减速时。n n对步进电机的基本要求：不失步。对步进电机的基本要求：不失步。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性u多相通电静稳定区和动稳定区u静稳定区u动稳定区u稳定裕度5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性u 动稳定区动

41、稳定区 如果在第n相控制绕组通电状态换接为第n+1相控制绕组通电状态瞬间，转子位置只要在这个区间内，它就能转向新的稳定平衡点O 1，且不越过不稳定平衡点 。u 稳定裕度稳定裕度 将矩角特性曲线n的稳定平衡点O离开(n+1)相矩角特性曲线的不稳定平衡点 的距离，即 的范围。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性2. 2.步进电动机的起动过程和起动频率步进电动机的起动过程和起动频率步进电动机的起动过程和起动频率步进电动机的起动过程和起动频率n n三相电机三相电机 ，负载，负载 转矩为零但有粘滞转矩为零但有粘滞 阻尼转矩。阻尼转矩。n n第一个脉冲第一个脉冲 ， A A断断B

42、B通。通。n n第二个脉冲，第二个脉冲， B B断断C C通。通。n n1)1)转子位移小，在转子位移小，在 点点 ，电磁转矩为负值，第三，电磁转矩为负值，第三个脉冲到时可能向个脉冲到时可能向 运动，不能起动。运动，不能起动。n n2)2)转子位移大，在转子位移大，在 点点 ，转矩为正，能起动。，转矩为正，能起动。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性n n步进电动机能否起动，要看脉冲到的时刻，转子是否处步进电动机能否起动，要看脉冲到的时刻，转子是否处于对应的稳定区。于对应的稳定区。n n步进电动机能否起动与控制频率有关，与负载转矩和负步进电动机能否起动与控制频率有关，与

43、负载转矩和负载的转动惯量有关。载的转动惯量有关。 n n起动频率：步进电动机能无失步起动和停转的最高频率。起动频率：步进电动机能无失步起动和停转的最高频率。n n起动矩频特性：其他条件不变的情况下，起动频率与负起动矩频特性：其他条件不变的情况下，起动频率与负载转矩的关系载转矩的关系 。n n起动惯频特性：其他条件起动惯频特性：其他条件 不变的情况下，起动频率不变的情况下，起动频率 与负载转动惯量的关系。与负载转动惯量的关系。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性3.运行频率、动态转矩与运行矩频特性运行频率、动态转矩与运行矩频特性n n运行频率：步进电动机在负载条件下能无失

44、步运行的运行频率：步进电动机在负载条件下能无失步运行的最高控制频率。最高控制频率。n n动态转矩：步进电动机转动时所产生的转矩，步进电动态转矩：步进电动机转动时所产生的转矩，步进电动机连续运行时的输出转矩。动机连续运行时的输出转矩。n n运行矩频特性：步进电动机最大输出转矩与运行频率运行矩频特性：步进电动机最大输出转矩与运行频率f f 的关系。的关系。n n动态转矩从起动转矩开始，动态转矩从起动转矩开始， 随控制频率的升高而减小。随控制频率的升高而减小。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性4.动态转矩下降的原因及提高转矩的措施动态转矩下降的原因及提高转矩的措施n n物理

45、角度的猜测：转矩物理角度的猜测：转矩 磁场与电流，电流达不到磁场与电流，电流达不到规定值。规定值。n n电感的影响电感的影响 ，控制频率升高后，电流达不到规定值。，控制频率升高后，电流达不到规定值。n n 1 1）增大电阻，减小时间常数；）增大电阻，减小时间常数；2 2）双电源）双电源5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性5. 5.不同控制频率下的运行不同控制频率下的运行不同控制频率下的运行不同控制频率下的运行 n n1 1）极低频下运行）极低频下运行 控制脉冲的周期足够长，控制脉冲的周期足够长， 新脉冲到来时，

46、转子处新脉冲到来时，转子处 于平衡位置，电机总是于平衡位置，电机总是 从不动的状态开始运行，从不动的状态开始运行， 即单步运行。即单步运行。n n不会出现丢步、越步现象不会出现丢步、越步现象5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性2 2）低频运行，低频丢步和低频共振）低频运行，低频丢步和低频共振）低频运行，低频丢步和低频共振）低频运行，低频丢步和低频共振n n控制频率增加，在转子振荡还未衰减完时，下一控制频率增加，在转子振荡还未衰减完时，下一个脉冲就来到。个脉冲就来到。n n转子的运行情况与脉冲到来时转子的位置有关，转子的运行情况与脉冲到来时转子的位置有关，和控制频率有关。

47、和控制频率有关。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性n n当控制脉冲的频率等于或接当控制脉冲的频率等于或接 近步进电动机振荡频率的近步进电动机振荡频率的 1 / 1 / k k 倍（倍（k k = 1 , 2 , 3 = 1 , 2 , 3 ），）， 电机可能出现强烈振动甚至电机可能出现强烈振动甚至 失步和无法工作。失步和无法工作。n n三相步进电机的低频丢步三相步进电机的低频丢步n n低频共振现象低频共振现象 。每步超调大。每步超调大。n n应避免运行在这类频率。应避免运行在这类频率。n n减弱低频共振：增加阻尼减弱低频共振：增加阻尼 。n n其余情况可正常运行。其余

48、情况可正常运行。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性3 3）连续脉冲作用下的平稳运行）连续脉冲作用下的平稳运行）连续脉冲作用下的平稳运行）连续脉冲作用下的平稳运行n n当控制频率接近或高于电机振当控制频率接近或高于电机振荡频率的荡频率的2 2倍，电机的运行比较倍，电机的运行比较平稳。平稳。n n即控制脉冲的周期小于电机振即控制脉冲的周期小于电机振荡周期的一半时，在电机前一荡周期的一半时，在电机前一步震荡的最大值附近或尚未达步震荡的最大值附近或尚未达到峰值前，下一个脉冲就到来到峰值前，下一个脉冲就到来了，因而转矩

49、方向不变，电机了，因而转矩方向不变，电机平稳运行。平稳运行。5.4 磁阻式步进电动机的运行特性磁阻式步进电动机的运行特性n n当电机启动后，可按照一定的速度提高频率，电机转当电机启动后，可按照一定的速度提高频率，电机转速也随之增加，电机能正常运行的最高频率为运行频速也随之增加，电机能正常运行的最高频率为运行频率。可达率。可达10000hz10000hz以上。以上。n n提高频率要考虑一下两点：频率增加，由于绕组电感提高频率要考虑一下两点：频率增加，由于绕组电感作用，电流下降，动态转矩下降，另外，频率高，转作用，电流下降，动态转矩下降，另外，频率高，转子惯量影响使得跟不上磁场步进旋转速度，可能会

50、丢子惯量影响使得跟不上磁场步进旋转速度，可能会丢步。步。n n为提高最高频率，一方面减小时间常数，提高动态转为提高最高频率，一方面减小时间常数，提高动态转矩，另一方面减小转子惯量。矩，另一方面减小转子惯量。5.5 永磁式步进电动机永磁式步进电动机5.5.1 5.5.1 永磁式步进电动机永磁式步进电动机n n1. 1.结构结构 转子，永磁体，转子，永磁体，n n磁极数与每相控制绕组形成的极数磁极数与每相控制绕组形成的极数 相等。相等。 n n转子磁极轴线夹角转子磁极轴线夹角n n定子铁心，软磁钢片叠压。定子铁心，软磁钢片叠压。n n定子上有定子上有 个磁极和线圈。个磁极和线圈。n nm m相绕组

51、，每相有相绕组，每相有 个线圈和磁极。个线圈和磁极。n n定子磁极轴线夹角定子磁极轴线夹角5.5 永磁式步进电动机永磁式步进电动机n n两相电机两相电机 n n定子磁极和转子磁极对齐时，定子磁极和转子磁极对齐时，相邻定子磁极轴线和转子磁相邻定子磁极轴线和转子磁极轴线的夹角就是极轴线的夹角就是5.5 永磁式步进电动机永磁式步进电动机n n2. 2. 工作原理工作原理 n n每相绕组都有正、反两种通电状态，每相绕组都有正、反两种通电状态， 共有共有N N2 2m m 个通电状态（拍数个通电状态（拍数N N）。）。n n两相电机有两相电机有4 4种通电状态。种通电状态。n n当当A A相通电，定、转

52、子磁极对齐，相通电，定、转子磁极对齐， B B相极下定、转子磁极轴线夹角为相极下定、转子磁极轴线夹角为 。当。当A A断断B B通，通，B B相极下定、转子磁极对齐时，转子转过定子的一个极相极下定、转子磁极对齐时，转子转过定子的一个极距角。故转子每步转角（步距角）为距角。故转子每步转角（步距角）为n n一个通电循环应走一个通电循环应走2 2m m步，转动角度为步，转动角度为 转过转子的一对磁极的距离。转过转子的一对磁极的距离。n n 一个通电循环有一个通电循环有4 4步，转动步，转动180180。5.5 永磁式步进电动机永磁式步进电动机n n永磁式步进电动机的特点是：永磁式步进电动机的特点是：

53、n n（1 1）步距角大，例如）步距角大，例如1515、22.522.5、4545、9090等；等；n n（2 2）起动频率低，通常为几十至几百）起动频率低，通常为几十至几百HzHz（但（但转速不一定低）；转速不一定低）；n n（3 3）由于用永磁转子，控制功率小；）由于用永磁转子，控制功率小；n n（4 4）断电时有定位转矩；）断电时有定位转矩；n n（5 5）由于用永磁转子，阻尼特性较好。）由于用永磁转子，阻尼特性较好。上次课总结上次课总结n n步进电动机的运行特性1 1、单步运行状态、单步运行状态、单步运行状态、单步运行状态 n n绕组通电持续时间长，持续时间绕组通电持续时间长，持续时间

54、 大于步进电机的机电过渡时间，大于步进电机的机电过渡时间， 转子每拍从静止开始转动。转子每拍从静止开始转动。2 2、步进电动机的负载能力（起动转矩）、步进电动机的负载能力（起动转矩）、步进电动机的负载能力（起动转矩）、步进电动机的负载能力（起动转矩）上次课总结上次课总结2 2、步进电动机的负载能力、步进电动机的负载能力、步进电动机的负载能力、步进电动机的负载能力多拍情况下，交高升高，负载能力提高。上次课总结上次课总结3. 3.单步运行时转子的运动形式单步运行时转子的运动形式单步运行时转子的运动形式单步运行时转子的运动形式n n由一个稳定平衡位置到下一由一个稳定平衡位置到下一 个稳定平衡位置的运

55、动过程，个稳定平衡位置的运动过程， 过渡过程，阶跃响应。过渡过程，阶跃响应。上次课总结上次课总结4 4、连续运行状态、连续运行状态、连续运行状态、连续运行状态 n n绕组通电的持续时间小于转子运动的机电过渡过程时间。绕组通电的持续时间小于转子运动的机电过渡过程时间。5 5、步进电动机的起动过程和起动频率、步进电动机的起动过程和起动频率、步进电动机的起动过程和起动频率、步进电动机的起动过程和起动频率n n步进电动机能否起动，要看脉冲到的时刻，转子是否处于对应步进电动机能否起动，要看脉冲到的时刻，转子是否处于对应的稳定区。的稳定区。n n步进电动机能否起动与控制频率有关，与负载转矩和负载的转步进电

56、动机能否起动与控制频率有关，与负载转矩和负载的转动惯量有关。动惯量有关。上次课总结上次课总结6 6、丢步、丢步、丢步、丢步n n控制频率增加，在转子振荡还未衰减完时，下一个脉冲就来到。控制频率增加，在转子振荡还未衰减完时，下一个脉冲就来到。n n转子运行情况与脉冲到来时转子的位置有关，和控制频率有关。转子运行情况与脉冲到来时转子的位置有关，和控制频率有关。上次课总结上次课总结6 6、丢步、丢步、丢步、丢步n n当控制脉冲的频率等于或接近步进电动机振荡频率的当控制脉冲的频率等于或接近步进电动机振荡频率的1 /1 / k k 倍倍（k k = 1 , 2 , 3 = 1 , 2 , 3 ），），

57、电机可能出现强烈振动甚至失步和无法电机可能出现强烈振动甚至失步和无法工作。工作。上次课总结上次课总结7 7、连续脉冲作用下的平稳运行、连续脉冲作用下的平稳运行、连续脉冲作用下的平稳运行、连续脉冲作用下的平稳运行n n当控制频率接近或高于电机振荡频率的当控制频率接近或高于电机振荡频率的2 2倍，电机的运行比较平倍，电机的运行比较平稳。稳。n n当电机启动后，可按照一定的速度提高频率，电机转速也随之增当电机启动后，可按照一定的速度提高频率，电机转速也随之增加，电机能正常运行的最高频率为运行频率。可达加，电机能正常运行的最高频率为运行频率。可达10000hz10000hz以上。以上。5.6 步进电动

58、机的驱动器步进电动机的驱动器5.6.1 引言引言n n步进电动机的控制器与驱动器：把足够功率和规定频率的脉冲电压（电流）按着选定的顺序加给各控制绕组。n n步进电机必须与控制器和驱动器配用。 5.6.1 引言引言n n控制器：控制器：控制器：控制器：产生脉冲，过去多由电子电路做成，近年来产生脉冲，过去多由电子电路做成，近年来由单片机产生脉冲，或者在微机上用步进电动机运动由单片机产生脉冲，或者在微机上用步进电动机运动控制卡产生脉冲。控制卡产生脉冲。n n脉冲分配器脉冲分配器脉冲分配器脉冲分配器：接收控制脉冲信号和方向信号，并按要接收控制脉冲信号和方向信号，并按要求的状态顺序产生各相绕组导通或截止

59、的信号。分配求的状态顺序产生各相绕组导通或截止的信号。分配器输出的信号数目与电机相数相同。每来一个控制脉器输出的信号数目与电机相数相同。每来一个控制脉冲，分配器输出信号中至少有一个发生变化，输出状冲，分配器输出信号中至少有一个发生变化，输出状态就转换一次。方向信号决定输出的状态转换是按正态就转换一次。方向信号决定输出的状态转换是按正序还是按反序，从而决定电机的转向。序还是按反序，从而决定电机的转向。n n功率放大器：功率放大器：功率放大器：功率放大器：控制信号放大，驱动电机运动控制信号放大，驱动电机运动 。5.6.2 功放输出级电路功放输出级电路直接向绕组提供电压、电流。直接向绕组提供电压、电

60、流。一、单电压功放电路一、单电压功放电路一、单电压功放电路一、单电压功放电路n n三极管三极管 的基极电压控制导通和截的基极电压控制导通和截 止。止。 ， 减小电流上升时间，减小电流上升时间， 提高动态转矩。电容两端电压不能提高动态转矩。电容两端电压不能 突变，导通的瞬间突变，导通的瞬间C C使电阻短路，使电阻短路， 使绕组电流上升速度加快。使绕组电流上升速度加快。n n晶体管截止时绕组产生的自感电势使其发生击穿。二晶体管截止时绕组产生的自感电势使其发生击穿。二极管极管 和电阻和电阻 组成续流回路。电阻的作用是减少续组成续流回路。电阻的作用是减少续流回路的时间常数。流回路的时间常数。n n优点

61、：线路简单。缺点：损耗大，效率低。优点：线路简单。缺点：损耗大，效率低。5.6.2 功放输出级电路功放输出级电路二、高低压切换型功放电路二、高低压切换型功放电路二、高低压切换型功放电路二、高低压切换型功放电路n n一开始两晶体管导通，二极一开始两晶体管导通，二极管截止，高压电源作用，电管截止，高压电源作用，电流迅速上升。然後流迅速上升。然後 截止，截止， 导通导通 ，低压，低压 供电。供电。n n绕组断电时，经绕组断电时，经 和和 向向高压电源泄放电流高压电源泄放电流 。n n可在很宽的频段内保证绕组可在很宽的频段内保证绕组有较大的平均电流，电磁转有较大的平均电流，电磁转矩大，运行矩频特性好。

62、功矩大，运行矩频特性好。功率损耗小。电路复杂。率损耗小。电路复杂。5.6.2 功放输出级电路功放输出级电路三、斩波恒流功放电路5.6.2 功放输出级电路功放输出级电路n n电源电压间断式供电，形成一个个窄脉冲。电机绕组的电流就稳定在由给定电平所决定的数值附近 。n n力矩平稳、消除低频共振现象 。5.6.2 功放输出级电路功放输出级电路四、升频升压功放电路（高频高压、低频低压）四、升频升压功放电路（高频高压、低频低压）四、升频升压功放电路（高频高压、低频低压）四、升频升压功放电路（高频高压、低频低压）五、细分功放电路五、细分功放电路五、细分功放电路五、细分功放电路n n对绕组进行切换时，每次改

63、变的电流数值只是额定对绕组进行切换时，每次改变的电流数值只是额定电流数值的一部分。原来电流数值的一部分。原来1 1步，现在多步，每步小。步，现在多步，每步小。n n如如4 4细分电路，细分电路，1 1步是原来的步是原来的1/41/4。n n步距角小。明显减小电机的振动、噪声，改善步进步距角小。明显减小电机的振动、噪声，改善步进电机的低频性能。电机的低频性能。5.6.2 功放输出级电路功放输出级电路六、六、六、六、HH桥功放与多相桥功放（永磁式要求正反电流）桥功放与多相桥功放（永磁式要求正反电流）桥功放与多相桥功放（永磁式要求正反电流）桥功放与多相桥功放（永磁式要求正反电流）n n可提供正、反向

64、电流。多相桥功放可减少一半晶体管。可提供正、反向电流。多相桥功放可减少一半晶体管。5 5相，相，相，相，1010个控制端；个控制端；个控制端；个控制端；需要制定通电逻辑顺序；需要制定通电逻辑顺序；需要制定通电逻辑顺序；需要制定通电逻辑顺序；以第一拍为以第一拍为以第一拍为以第一拍为 为例为例为例为例需需需需a a、c c，bb导通导通导通导通习题习题1 1、步进电机的主要优缺点？、步进电机的主要优缺点？优点：优点：n n 1 1、直接数字控制，控制简单；、直接数字控制，控制简单；n n 2 2、开环位置控制精度高，速度与脉冲平率严格正比、开环位置控制精度高，速度与脉冲平率严格正比n n 3 3、

65、自锁能力（磁阻式）、保持转矩（永磁式）；、自锁能力（磁阻式）、保持转矩（永磁式）；n n 4 4、无换向装置，机械结构简单、坚固耐用；、无换向装置，机械结构简单、坚固耐用；缺点缺点: : 功率小；配驱动器；分辨力不灵活；采用普通驱动器时效功率小；配驱动器；分辨力不灵活；采用普通驱动器时效率低；转速不够平稳；率低；转速不够平稳；习题习题n n2 如何控制步进电机的转速和转角？转速由控制脉冲的频率决定；转速由控制脉冲的频率决定；转角由控制脉冲的个数决定；转角由控制脉冲的个数决定；习题习题n n何为步进电机的拍、单拍制、双拍制？电机技术数据何为步进电机的拍、单拍制、双拍制？电机技术数据中若给定步距角

66、为中若给定步距角为 为何含义为何含义? ?n n各绕组通电的不同状态数称为拍数，记为各绕组通电的不同状态数称为拍数，记为N N，各相组的通电，各相组的通电状态改变一次为状态改变一次为1 1拍，拍，1 1拍电机旋转拍电机旋转1 1个步距角。个步距角。n n单拍制：拍数等于相数，如四相单四拍、四相双四拍单拍制：拍数等于相数，如四相单四拍、四相双四拍n n双拍制：拍数等于相数的双拍制：拍数等于相数的2 2倍，如四相八拍、三相六拍；倍，如四相八拍、三相六拍；双拍制时的步矩角；双拍制时的步矩角；单拍制时的步矩角；单拍制时的步矩角；习题习题n n什么叫做步距角？它有几种表示方法？什么叫做步距角？它有几种表

67、示方法？n n改变一次绕组的通电状态，转子转过角位移称为改变一次绕组的通电状态，转子转过角位移称为步距角，即每一拍步距角，即每一拍( (步步) )所转过的角度；所转过的角度；步距角的计算步距角的计算( (机械角表示方式机械角表示方式): ):用电角表示的步距角为用电角表示的步距角为习题习题n n何为步进电机的矩角特性？何为静稳定区？何为步进电机的矩角特性？何为静稳定区？步进电机静止且绕组通以直流电时，由失调角引起的转矩为步进电机静止且绕组通以直流电时，由失调角引起的转矩为静转矩。静转矩在一定范围内使得失调角趋于零。静转矩。静转矩在一定范围内使得失调角趋于零。矩角特性即为静转矩与失调角的关系。矩

68、角特性即为静转矩与失调角的关系。静稳定区：转子静止时，当撤销外力静稳定区：转子静止时，当撤销外力矩，转子在静转矩作用下能够回到原矩，转子在静转矩作用下能够回到原平衡位置的区域。平衡位置的区域。习题习题n n何为步进电机的最大静转矩、起动转矩？它们与电机的相数、何为步进电机的最大静转矩、起动转矩？它们与电机的相数、运行方式有何关系？运行方式有何关系？ 最大静转矩：步进电机矩角特性曲线中静转矩的最大值，用最大静转矩：步进电机矩角特性曲线中静转矩的最大值，用 表示。表示。 最大静转矩由定子绕组电流决定，磁路最大静转矩由定子绕组电流决定，磁路未饱和时，与电流的平方成正比。未饱和时，与电流的平方成正比。

69、 对于四相及以上步进电机，多相通电对于四相及以上步进电机，多相通电运行方式可提高最大静转矩。因而，运行方式可提高最大静转矩。因而，双拍运行方式的最大静转矩大于单拍双拍运行方式的最大静转矩大于单拍运行方式的最大静转矩。运行方式的最大静转矩。习题习题n n何为步进电机的最大静转矩、起动转矩？它们与电机何为步进电机的最大静转矩、起动转矩？它们与电机的相数、运行方式有何关系？的相数、运行方式有何关系？n n起动转矩：步进电机在一定控制起动转矩：步进电机在一定控制电源和负载条件下起动并不失步电源和负载条件下起动并不失步运行所能输出的最大转矩。运行所能输出的最大转矩。n n对于单步运行起动转矩为各矩角对于

70、单步运行起动转矩为各矩角特性曲线的交点处的转矩特性曲线的交点处的转矩n n由：由：n n知：拍数增加起动转矩增加。知：拍数增加起动转矩增加。n n双拍运行状态下启动转矩大于双拍运行状态下启动转矩大于单拍运行状态；单拍运行状态；习题习题n n何为步进电机的运行矩频特性，起动矩频特性和起动何为步进电机的运行矩频特性，起动矩频特性和起动惯频特性？何为运行频率？惯频特性？何为运行频率？运行频率：步进电动机在负载条件下能无失步运行的最高控制频率。运行频率：步进电动机在负载条件下能无失步运行的最高控制频率。运行矩频特性：步进电动机最大输出转矩与运行频率运行矩频特性：步进电动机最大输出转矩与运行频率f f

71、的关系。的关系。步进电动机起动与控制频率、负载转矩和负载转动惯量有关。步进电动机起动与控制频率、负载转矩和负载转动惯量有关。 起动频率：步进电动机能无失步起动和停转的最高频率。起动频率：步进电动机能无失步起动和停转的最高频率。起动矩频特性：起动频率与负载转矩的关系起动矩频特性：起动频率与负载转矩的关系 。起动惯频特性：起动频率与负载转动惯量的关系。起动惯频特性：起动频率与负载转动惯量的关系。习题习题n n步进电机的驱动器包括那些主要部分及功能？步进电机的驱动器包括那些主要部分及功能？驱动器作用驱动器作用驱动器作用驱动器作用：把足够功率和规定频率的脉冲电压（电流）按着选：把足够功率和规定频率的脉

72、冲电压（电流）按着选定的顺序加给各控制绕组，使得电机运转。定的顺序加给各控制绕组，使得电机运转。控制器控制器控制器控制器：按照给定的位移和速度，产生相应脉冲（频率、个数）。：按照给定的位移和速度，产生相应脉冲（频率、个数）。脉冲分配器脉冲分配器脉冲分配器脉冲分配器：接收控制脉冲信号和方向信号，并按要求的状态顺：接收控制脉冲信号和方向信号，并按要求的状态顺序产生各相绕组导通或截止的信号。方向信号决定输出的状态转序产生各相绕组导通或截止的信号。方向信号决定输出的状态转换是按正序还是按反序，从而决定电机的转向。换是按正序还是按反序，从而决定电机的转向。功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器：控制信

73、号放大，驱动电机运动：控制信号放大，驱动电机运动 。习题习题n n步进电机的功率放大电路有哪些产用类型，各有何特点？步进电机的功率放大电路有哪些产用类型，各有何特点？一、单电压功放电路：一、单电压功放电路：一、单电压功放电路：一、单电压功放电路：电路结构简单、损耗大，效率低。电路结构简单、损耗大，效率低。二、高低压切换型功放电路：二、高低压切换型功放电路：二、高低压切换型功放电路：二、高低压切换型功放电路：可在很宽的频段内保证绕组有较可在很宽的频段内保证绕组有较大的平均电流，电磁转矩大，运行矩频特性好。功率损耗小。大的平均电流，电磁转矩大，运行矩频特性好。功率损耗小。但电路结构复杂，低频噪声大

74、。但电路结构复杂，低频噪声大。三、斩波恒流功放电路：三、斩波恒流功放电路：三、斩波恒流功放电路：三、斩波恒流功放电路：输出转矩均匀、可消除低频共振现象，输出转矩均匀、可消除低频共振现象，但电路复杂。但电路复杂。四、升频升压电路：四、升频升压电路：四、升频升压电路：四、升频升压电路：电压与频率呈线性关系，高频产生高压提电压与频率呈线性关系，高频产生高压提高动态转矩、低频产生低压，减小转矩、避免低频振荡。高动态转矩、低频产生低压，减小转矩、避免低频振荡。五、细分驱动电路：五、细分驱动电路：五、细分驱动电路：五、细分驱动电路：步距角小。明显减小电机的振动、噪声，步距角小。明显减小电机的振动、噪声，改

75、善步进电机的低频性能。改善步进电机的低频性能。六、六、六、六、HH桥电路和多相桥电路：桥电路和多相桥电路：桥电路和多相桥电路：桥电路和多相桥电路：可实现双极性供电，用于永磁式可实现双极性供电，用于永磁式和混合式步进电机的驱动；和混合式步进电机的驱动；课堂作业课堂作业n n某某某某5 5相步进电机转子有相步进电机转子有相步进电机转子有相步进电机转子有4848个齿，计算：个齿，计算：个齿，计算：个齿，计算：（1 1）单拍制和双拍制的步距角？）单拍制和双拍制的步距角？）单拍制和双拍制的步距角？）单拍制和双拍制的步距角？（2 2）双拍制下采用）双拍制下采用）双拍制下采用）双拍制下采用4 4细分驱动，步

76、距角？如果计算机发送细分驱动，步距角？如果计算机发送细分驱动，步距角？如果计算机发送细分驱动，步距角？如果计算机发送10001000个个个个脉冲，电机旋转角度？如果电机脉冲频率为脉冲，电机旋转角度？如果电机脉冲频率为脉冲，电机旋转角度？如果电机脉冲频率为脉冲，电机旋转角度？如果电机脉冲频率为1000Hz,1000Hz,电机转速？电机转速？电机转速？电机转速？（3 3）已知单拍运行时电机的最大静转矩为）已知单拍运行时电机的最大静转矩为）已知单拍运行时电机的最大静转矩为）已知单拍运行时电机的最大静转矩为0.2Nm0.2Nm，求双拍运行时，求双拍运行时，求双拍运行时，求双拍运行时电机的最大静转矩？单

77、拍、双拍制的步进电机起动转矩？若负电机的最大静转矩？单拍、双拍制的步进电机起动转矩？若负电机的最大静转矩？单拍、双拍制的步进电机起动转矩？若负电机的最大静转矩？单拍、双拍制的步进电机起动转矩？若负载为载为载为载为0.18Nm0.18Nm时，单拍制或双拍制下的该步进电机能否正常运行时，单拍制或双拍制下的该步进电机能否正常运行时，单拍制或双拍制下的该步进电机能否正常运行时，单拍制或双拍制下的该步进电机能否正常运行? ?n n附：附：cos(pi/5)=0.809 sincos(pi/5)=0.809 sin（2pi/52pi/5）=0.951=0.951n n cos(pi/10)=0.951 sin ( pi/5)=0.588 cos(pi/10)=0.951 sin ( pi/5)=0.588n n（3 3）的提示：）的提示：I: I:用到单相通电和多相通电最大静转矩间的关系；用到单相通电和多相通电最大静转矩间的关系；II:II:用到最大静转矩和启动转矩间的计算关系；用到最大静转矩和启动转矩间的计算关系；此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢