第9章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

1、第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 第第9章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 9.1 概述概述 9.2 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和基本特點(diǎn)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和基本特點(diǎn) 9.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 9.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行狀態(tài)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行狀態(tài) 9.5 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連續(xù)脈沖運(yùn)行和動(dòng)特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連續(xù)脈沖運(yùn)行和動(dòng)特性 9.6 電源及分配方式對(duì)電機(jī)性能的影響電源及分配方式對(duì)電機(jī)性能的影響 9.7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要性能指標(biāo) 9.8 其它類型的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)其它類型的步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第第1111章章 步進(jìn)電

2、動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 9.1 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)） 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。 功用：將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，功用：將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移， 即給一個(gè)即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，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。電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步。 圖 9 - 1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功用 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量或線位移量或線位移量s與脈沖數(shù)與脈沖數(shù)k成正比成正比（圖（圖9- 2(a)）； 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n或線速度或線速度v與脈沖頻率與脈沖頻率

3、f成正比成正比（圖（圖9- 2(b)）。 適用場(chǎng)合：適用場(chǎng)合：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件， 使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。 很適合采用很適合采用微型計(jì)算機(jī)控制。微型計(jì)算機(jī)控制。 圖 11 - 2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制特性第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 應(yīng)用場(chǎng)合：應(yīng)用場(chǎng)合：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用于機(jī)械加工的數(shù)字程序控制機(jī)床中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用于機(jī)械加工的數(shù)字程序控制機(jī)床中(即即數(shù)控機(jī)數(shù)控機(jī)床床)； 在繪圖機(jī)、在繪圖機(jī)、 軋鋼機(jī)的自動(dòng)控制；軋鋼機(jī)的自動(dòng)控制； 自動(dòng)記錄儀表和數(shù)自動(dòng)記錄儀表和數(shù)模變換等。模變換等。 圖9- 3 復(fù)雜零件的加工 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 在現(xiàn)

4、代工業(yè)，在現(xiàn)代工業(yè)， 特別是航空、特別是航空、 導(dǎo)彈、導(dǎo)彈、 無(wú)線電等工業(yè)中，無(wú)線電等工業(yè)中， 要求加工的機(jī)械零件形狀復(fù)雜，要求加工的機(jī)械零件形狀復(fù)雜， 數(shù)量多，數(shù)量多， 精度高，精度高， 利用人利用人工操作不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，工操作不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大， 生產(chǎn)效率低，生產(chǎn)效率低， 而且難以達(dá)到所要而且難以達(dá)到所要求的精度。求的精度。 例圖例圖9 - 3是一個(gè)是一個(gè)劈錐劈錐， 形狀比較復(fù)雜，形狀比較復(fù)雜， 精度要精度要求比較高，求比較高， 用普通機(jī)床或仿形機(jī)床加工都是有困難的；用普通機(jī)床或仿形機(jī)床加工都是有困難的； 通通常用坐標(biāo)鏜床一點(diǎn)一點(diǎn)地加工，常用坐標(biāo)鏜床一點(diǎn)一點(diǎn)地加工， 然后進(jìn)行人工修整，然后進(jìn)行

5、人工修整， 這樣這樣耗費(fèi)的時(shí)間就太長(zhǎng)了。耗費(fèi)的時(shí)間就太長(zhǎng)了。 為了縮短生產(chǎn)周期，為了縮短生產(chǎn)周期， 提高生產(chǎn)效率，提高生產(chǎn)效率， 可用程序控制銑床進(jìn)行加工?？捎贸绦蚩刂沏姶策M(jìn)行加工。 銑床需要作銑床需要作3種動(dòng)作：種動(dòng)作： (1) 銑刀作徑向移動(dòng)銑刀作徑向移動(dòng)(Y方向方向)； (2) 工件以軸為中心作旋轉(zhuǎn)工件以軸為中心作旋轉(zhuǎn)(方向方向)； (3) 工件沿軸向移動(dòng)工件沿軸向移動(dòng)(X方向方向)。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 為了達(dá)到精度要求，為了達(dá)到精度要求， 對(duì)這對(duì)這 3 種動(dòng)作必須非常準(zhǔn)確地進(jìn)種動(dòng)作必須非常準(zhǔn)確地進(jìn)行控制。行控制。 數(shù)字程序控制銑床就是可以準(zhǔn)確地進(jìn)行自動(dòng)控制數(shù)字程序

6、控制銑床就是可以準(zhǔn)確地進(jìn)行自動(dòng)控制的機(jī)床。的機(jī)床。 在數(shù)控銑床中，在數(shù)控銑床中， 上面上面 3 個(gè)方向的動(dòng)作分別由個(gè)方向的動(dòng)作分別由3 個(gè)個(gè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)即Y方向步進(jìn)機(jī)，方向步進(jìn)機(jī)， X方向步進(jìn)機(jī)，方向步進(jìn)機(jī)， 方向步進(jìn)機(jī)方向步進(jìn)機(jī)來(lái)拖動(dòng)，來(lái)拖動(dòng)， 每一個(gè)方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都由電脈沖控制。每一個(gè)方向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都由電脈沖控制。 加工零加工零件時(shí)，件時(shí)， 根據(jù)零件加工的要求和加工的工序編制計(jì)算機(jī)程序根據(jù)零件加工的要求和加工的工序編制計(jì)算機(jī)程序語(yǔ)言，語(yǔ)言， 并將該程序送入電子計(jì)算機(jī)；并將該程序送入電子計(jì)算機(jī)； 計(jì)算機(jī)就對(duì)每一方向計(jì)算機(jī)就對(duì)每一方向的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)給出相應(yīng)的控制電脈沖，的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)給出

7、相應(yīng)的控制電脈沖， 指令步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按指令步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照加工的要求依次做各種動(dòng)作，照加工的要求依次做各種動(dòng)作， 如轉(zhuǎn)速加快、如轉(zhuǎn)速加快、 減慢、減慢、 啟動(dòng)、啟動(dòng)、 停止、正轉(zhuǎn)、停止、正轉(zhuǎn)、 反轉(zhuǎn)等；反轉(zhuǎn)等； 然后步進(jìn)電動(dòng)機(jī)再通過(guò)滾珠絲杠帶然后步進(jìn)電動(dòng)機(jī)再通過(guò)滾珠絲杠帶動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)。 數(shù)控機(jī)床整個(gè)工作示意圖（圖數(shù)控機(jī)床整個(gè)工作示意圖（圖9- 4）。）。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖 9 - 4 數(shù)控機(jī)床工作示意圖 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 機(jī)床各個(gè)方向嚴(yán)格地按照根據(jù)零件加工的形狀所編的控制程機(jī)床各個(gè)方向嚴(yán)格地按照根據(jù)零件加工的形狀所編的控制程序協(xié)調(diào)地動(dòng)作，序

8、協(xié)調(diào)地動(dòng)作， 不要人工操作就能自動(dòng)地加工出精度高、不要人工操作就能自動(dòng)地加工出精度高、 形形狀復(fù)雜的零件。利用數(shù)控機(jī)床加工零件不但可以大大地提高狀復(fù)雜的零件。利用數(shù)控機(jī)床加工零件不但可以大大地提高勞動(dòng)效率，勞動(dòng)效率， 而且加工精度而且加工精度也高。也高。 數(shù)控銑床、數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控車床、 數(shù)控鉆床、數(shù)控鉆床、 線切割機(jī)床等，線切割機(jī)床等， 其工作其工作原理相似。原理相似。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是數(shù)控機(jī)床中的關(guān)鍵元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是數(shù)控機(jī)床中的關(guān)鍵元件。 目前，目前， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率做得越來(lái)越大，功率做得越來(lái)越大， 已生產(chǎn)出所謂已生產(chǎn)出所謂“功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)”。 它它不通過(guò)

9、力矩放大裝置，不通過(guò)力矩放大裝置， 直接由功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)機(jī)床運(yùn)直接由功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，動(dòng)， 從而提高了系統(tǒng)精度，從而提高了系統(tǒng)精度， 簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 從數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程來(lái)看，從數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程來(lái)看， 對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本要求是：對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本要求是： (1) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在電脈沖的控制下能迅速啟動(dòng)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在電脈沖的控制下能迅速啟動(dòng)、 正反轉(zhuǎn)、正反轉(zhuǎn)、 停轉(zhuǎn)及在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；停轉(zhuǎn)及在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)； (2) 為了提高精度，為了提高精度， 要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小，要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位

10、移量小， 并并要準(zhǔn)確、要準(zhǔn)確、 均勻。均勻。 這就要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距小、這就要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距小、 步距精度步距精度高，高， 不得丟步或越步；不得丟步或越步； (3) 動(dòng)作快速。動(dòng)作快速。 即不僅啟動(dòng)、即不僅啟動(dòng)、 停步、停步、 反轉(zhuǎn)快，反轉(zhuǎn)快， 并能連續(xù)并能連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；高速運(yùn)轉(zhuǎn)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率； (4) 輸出轉(zhuǎn)矩大，輸出轉(zhuǎn)矩大， 可直接帶動(dòng)負(fù)載?？芍苯訋?dòng)負(fù)載。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 9.2 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和基本特點(diǎn)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和基本特點(diǎn) 一、 典型結(jié)構(gòu) 圖 9 - 5 四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電

11、動(dòng)機(jī) 圖圖9 - 5是一臺(tái)四相電機(jī)，是一臺(tái)四相電機(jī)， 定子鐵心由硅鋼片疊成，定子鐵心由硅鋼片疊成， 定子上定子上有有 8 個(gè)磁極個(gè)磁極(大齒大齒)， 每個(gè)磁極上又有許多小齒。每個(gè)磁極上又有許多小齒。 四相反應(yīng)式四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)共有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)共有 4 套定子控制繞組，套定子控制繞組， 繞在徑向相對(duì)的兩個(gè)磁繞在徑向相對(duì)的兩個(gè)磁極上的一套繞組為一相。極上的一套繞組為一相。 轉(zhuǎn)子也是由疊片鐵心構(gòu)成，轉(zhuǎn)子也是由疊片鐵心構(gòu)成， 沿圓沿圓周有很多小齒，周有很多小齒， 轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組。 根據(jù)工作要求，根據(jù)工作要求， 定子磁極上小齒的齒距和轉(zhuǎn)子上小齒的齒定子磁極上小齒的齒距和轉(zhuǎn)子上小齒的齒距

12、必須相等，距必須相等， 而且轉(zhuǎn)子的齒數(shù)有一定的限制。而且轉(zhuǎn)子的齒數(shù)有一定的限制。 圖中轉(zhuǎn)子齒數(shù)為圖中轉(zhuǎn)子齒數(shù)為50個(gè)，個(gè)， 定子每個(gè)磁極上小齒數(shù)為定子每個(gè)磁極上小齒數(shù)為5個(gè)。個(gè)。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 二、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理二、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理利用凸極轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)利用凸極轉(zhuǎn)子橫軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的。矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的。 圖圖9 - 6是一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，是一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)， 定子有定子有 6 個(gè)極，個(gè)極， 不帶小齒，不帶小齒， 每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的極上繞有一相控制繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的極上繞有一相控制繞組， 轉(zhuǎn)

13、子轉(zhuǎn)子只有只有 4 個(gè)齒，個(gè)齒， 齒寬等于定子的極靴寬。齒寬等于定子的極靴寬。 圖 9 - 6 三相單三拍運(yùn)行(a) A相接通； (b) B相接通； (c) C相接通 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)當(dāng)A相控制繞組通電，相控制繞組通電， 而而B(niǎo)相和相和C相都不通電時(shí)，相都不通電時(shí)， 由于磁由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)， 所以轉(zhuǎn)子齒所以轉(zhuǎn)子齒1和和3的軸線的軸線與定子與定子A極軸線對(duì)齊。極軸線對(duì)齊。 同理，同理， 當(dāng)斷開(kāi)當(dāng)斷開(kāi)A相接通相接通B相時(shí)，相時(shí)， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子便按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)便按逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)30， 使轉(zhuǎn)子齒使轉(zhuǎn)子齒2和和4的軸線與定子的軸

14、線與定子B極極軸線對(duì)齊。軸線對(duì)齊。 斷開(kāi)斷開(kāi)B相，相， 接通接通C相，相， 則轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)則轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)30， 使轉(zhuǎn)使轉(zhuǎn)子齒子齒1和和3的軸線與的軸線與C極軸線對(duì)齊。極軸線對(duì)齊。 圖 9 - 6 三相單三拍運(yùn)行(a) A相接通； (b) B相接通； (c) C相接通 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 按按A - B - C - A順序不斷接通和斷開(kāi)控制繞組，順序不斷接通和斷開(kāi)控制繞組， 轉(zhuǎn)子就會(huì)轉(zhuǎn)子就會(huì)一步一步地按逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。一步一步地按逆時(shí)針?lè)较蜻B續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 其轉(zhuǎn)速取決于各控制繞組通電和斷電的頻率其轉(zhuǎn)速取決于各控制繞組通電和斷電的頻率(即輸入的脈沖頻即輸入的脈沖頻率率)， 旋轉(zhuǎn)方向取

15、決于控制繞組輪流通電的順序。旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序。 通電次序改為通電次序改為A - C - B - A 則電機(jī)轉(zhuǎn)向相反，則電機(jī)轉(zhuǎn)向相反， 變?yōu)榘错槙r(shí)變?yōu)榘错槙r(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。 按按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。“三相三相”， 是指此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有三相定子繞組；是指此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有三相定子繞組； “單單”是是指每次只有一相繞組通電；指每次只有一相繞組通電； “三拍三拍”指三次換接為一個(gè)循環(huán)，指三次換接為一個(gè)循環(huán)， 第四次換接重復(fù)第一次的情況。第四次換接重復(fù)第一次的情況。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (a

16、) AB相通電相通電 (b) BC相通電相通電圖圖9-7 三相雙三拍運(yùn)行三相雙三拍運(yùn)行三相雙三拍的通電方式：三相雙三拍的通電方式：控制繞組的通電方式為控制繞組的通電方式為ABBCCAAB ACCBBAAC第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 三相六拍運(yùn)行三相六拍運(yùn)行供電方式是供電方式是A - AB - B - BC - C - CA - A A - AC -C - CB - B - BA - A 每一循環(huán)換接每一循環(huán)換接 6 次，次， 總共有總共有 6 種通電狀態(tài)，種通電狀態(tài)， 這這 6 種通電種通電狀態(tài)中有時(shí)只有一相繞組通電狀態(tài)中有時(shí)只有一相繞組通電(如如A相相)， 有時(shí)有兩相繞組有時(shí)有兩

17、相繞組同時(shí)通電同時(shí)通電(如如A相和相和B相相)。 圖圖9 - 8表示按這種方式對(duì)控制表示按這種方式對(duì)控制繞組供電時(shí)轉(zhuǎn)子位置和磁通分布的圖形。繞組供電時(shí)轉(zhuǎn)子位置和磁通分布的圖形。第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖 9 - 8 三相六拍運(yùn)行 (a) A相通電； (b) A、 B相通電； (c) B相通電； (d) B、 C相通電第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 三、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角三、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角步距角：每一步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。步距角：每一步轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。書中圖書中圖9-2所示的步進(jìn)電機(jī)，定子有所示的步進(jìn)電機(jī)，定子有6個(gè)磁極，每個(gè)磁極上有個(gè)磁極，每個(gè)磁極上有5個(gè)個(gè)

18、小齒；轉(zhuǎn)子有小齒；轉(zhuǎn)子有50個(gè)小齒，定子上小齒與轉(zhuǎn)子上小齒的齒距相個(gè)小齒，定子上小齒與轉(zhuǎn)子上小齒的齒距相等。運(yùn)行方式為三相單三拍運(yùn)行，即等。運(yùn)行方式為三相單三拍運(yùn)行，即 A - B - C A 齒距角齒距角t t（相鄰兩齒間的夾角）：（相鄰兩齒間的夾角）： 定子一個(gè)極距所占的齒數(shù)為定子一個(gè)極距所占的齒數(shù)為3607.250t50182 33第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖 9 - 9 轉(zhuǎn)子為50齒時(shí)定轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置（a）A相通電 （b）B相通電（c）C相通電第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖 9 10 A相通電時(shí)定、 轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置圖 9 - 5 四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖

19、圖9-5所示的步進(jìn)電機(jī)，定子有所示的步進(jìn)電機(jī)，定子有8個(gè)磁極，每個(gè)磁極，每個(gè)磁極上有個(gè)磁極上有5個(gè)小齒；轉(zhuǎn)子有個(gè)小齒；轉(zhuǎn)子有50個(gè)小齒，定子個(gè)小齒，定子上小齒與轉(zhuǎn)子上小齒的齒距相等。運(yùn)行方式上小齒與轉(zhuǎn)子上小齒的齒距相等。運(yùn)行方式為三相單三拍運(yùn)行時(shí)，步距角是多少？為三相單三拍運(yùn)行時(shí)，步距角是多少？ 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 如果運(yùn)行方式改為四相八拍，如果運(yùn)行方式改為四相八拍， 其通電方式為其通電方式為A - AB - B - BC - C - CD - D - DA - A 即單相通電和兩相通電相間時(shí)，即單相通電和兩相通電相間時(shí)， 與上面與上面三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)道理完全一樣，三相步進(jìn)電

20、動(dòng)機(jī)道理完全一樣， 當(dāng)當(dāng)A相通電轉(zhuǎn)到相通電轉(zhuǎn)到A、 B兩相同兩相同時(shí)通電時(shí)，時(shí)通電時(shí)， 定、定、 轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置由圖轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置由圖9 -10所示的位置變?yōu)樗镜奈恢米優(yōu)閳D圖9 - 11那樣的位置那樣的位置(只畫出只畫出A、 B兩個(gè)極下的齒兩個(gè)極下的齒)， 轉(zhuǎn)子按順時(shí)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛑晦D(zhuǎn)過(guò)針?lè)较蛑晦D(zhuǎn)過(guò)1/8齒距角，齒距角， 即即0.9， A極和極和B極下的齒軸線與轉(zhuǎn)極下的齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線都還錯(cuò)開(kāi)子齒軸線都還錯(cuò)開(kāi)1/8齒距角。齒距角。 圖 9 10 A相通電時(shí)定、 轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置圖 9 11 A、 B兩相通電時(shí)定、 轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)當(dāng)B相一相通

21、電時(shí)，相一相通電時(shí)， 轉(zhuǎn)子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線與B極下齒軸線相重合，極下齒軸線相重合， 轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛴洲D(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛴洲D(zhuǎn)過(guò)1/8齒距角。齒距角。 這樣繼續(xù)下去，這樣繼續(xù)下去， 每每換接一次繞組，換接一次繞組， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1/8齒距角。齒距角。 可見(jiàn)四相八拍運(yùn)行可見(jiàn)四相八拍運(yùn)行時(shí)的步距角比四相四拍運(yùn)行時(shí)也小一半。時(shí)的步距角比四相四拍運(yùn)行時(shí)也小一半。 當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式為四相雙四拍，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式為四相雙四拍， 即即AB - BC - CD - DA - AB 方式通電時(shí)，方式通電時(shí)， 步距角與四相單四拍運(yùn)行時(shí)步距角與四相單四拍運(yùn)行時(shí)一樣為一樣為1/4齒距角，齒距角， 即即1

22、.8。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本特點(diǎn)四、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本特點(diǎn) (1) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，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)每相繞組由專門驅(qū)動(dòng)電源通過(guò)“環(huán)環(huán)形分配器形分配器”按一定規(guī)律輪流通電。按一定規(guī)律輪流通電。 例如一個(gè)按三相雙三拍運(yùn)行的環(huán)形分配器輸入是一路，例如一個(gè)按三相雙三拍運(yùn)行的環(huán)形分配器輸入是一路， 輸出輸出有有A、 B、 C三路。三路。 若開(kāi)始是若開(kāi)始是A、 B這兩路有電壓，這兩路有電壓， 輸入一輸入一個(gè)控制電脈沖后，個(gè)控制電脈沖后， 就變成就變成B、 C這兩路有電壓，這兩路有電壓， 再輸入一個(gè)再輸入一個(gè)電脈沖，電脈沖， 則變成則變成

23、C、 A這兩路有電壓，這兩路有電壓， 再輸入一個(gè)電脈沖，再輸入一個(gè)電脈沖， 又變成又變成A、 B這兩路有電壓了。這兩路有電壓了。 圖9 - 12 控制方框圖 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 環(huán)形分配器輸出的各路脈沖電壓信號(hào)，環(huán)形分配器輸出的各路脈沖電壓信號(hào)， 經(jīng)過(guò)各自的放大器經(jīng)過(guò)各自的放大器放大后送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組，放大后送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組， 使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步步轉(zhuǎn)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。動(dòng)。 圖圖9 -13表示三相雙三拍運(yùn)行時(shí)控制電脈沖及各相控制電表示三相雙三拍運(yùn)行時(shí)控制電脈沖及各相控制電壓隨時(shí)間變化的波形圖。壓隨時(shí)間變化的波形圖。 圖 9 -13 三相雙三拍運(yùn)行時(shí)各相控制

24、電壓波形圖 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)這種輪流通電的方式稱為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)這種輪流通電的方式稱為“分配方式分配方式”。 每循環(huán)一次所包含的通電狀態(tài)數(shù)稱為每循環(huán)一次所包含的通電狀態(tài)數(shù)稱為“狀態(tài)數(shù)狀態(tài)數(shù)”或或“拍數(shù)拍數(shù)”。 狀態(tài)數(shù)等于相數(shù)的稱為狀態(tài)數(shù)等于相數(shù)的稱為單拍制分配方式單拍制分配方式(如三相雙三拍、如三相雙三拍、 四相四相雙四拍等雙四拍等)， 狀態(tài)數(shù)等于相數(shù)的兩倍的稱為狀態(tài)數(shù)等于相數(shù)的兩倍的稱為雙拍制分配方式雙拍制分配方式(如三相六拍，如三相六拍， 四相八拍等四相八拍等)。 同一臺(tái)電機(jī)可有多種分配方式。同一臺(tái)電機(jī)可有多種分配方式。 不管分配方式如何，不管分配方式如何，

25、每循環(huán)每循環(huán)一次，一次， 控制電脈沖控制電脈沖Uk的個(gè)數(shù)總等于拍數(shù)的個(gè)數(shù)總等于拍數(shù)N， 而加在每相繞組而加在每相繞組上的脈沖電壓上的脈沖電壓(或電流或電流)個(gè)數(shù)卻等于個(gè)數(shù)卻等于1， 因而控制電脈沖頻率因而控制電脈沖頻率f是是每相脈沖電壓每相脈沖電壓(或電流或電流)頻率頻率f相相的的N倍，倍， 即即Nff相第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (2) 每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角，每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角， 用用符號(hào)符號(hào)b表示。表示。 當(dāng)電機(jī)按四相單四拍運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)按四相單四拍運(yùn)行， 即按即按A - B - C - D - A 順序順序通電時(shí)，通電時(shí)， 若開(kāi)

26、始是若開(kāi)始是A相通電，相通電， 轉(zhuǎn)子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線與A相磁極的齒軸相磁極的齒軸線對(duì)齊；線對(duì)齊； 換接一次繞組，換接一次繞組， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為1/4齒距角；齒距角； 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子需要走子需要走 4 步，步， 才轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角；才轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角； 此時(shí)轉(zhuǎn)子齒軸線又重此時(shí)轉(zhuǎn)子齒軸線又重新與新與A相磁極的齒軸線對(duì)齊。相磁極的齒軸線對(duì)齊。當(dāng)電機(jī)在四相八拍運(yùn)行，當(dāng)電機(jī)在四相八拍運(yùn)行， 即按即按A - AB - B - BC - C - CD - D - DA 順序通電時(shí)，順序通電時(shí)， 換接一次繞組，換接一次繞組， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度為1/8齒距角；齒距角； 轉(zhuǎn)子需要走轉(zhuǎn)子需要走

27、 8 步才轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。步才轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (式中，式中， ZR為轉(zhuǎn)子齒數(shù)為轉(zhuǎn)子齒數(shù))， 所以轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過(guò)的空間角度所以轉(zhuǎn)子每步轉(zhuǎn)過(guò)的空間角度(機(jī)械角度機(jī)械角度)， 即步距角為即步距角為 NZNRtb360(9 - 2) 式中，式中， N為運(yùn)行拍數(shù)，為運(yùn)行拍數(shù)， N=km (k=1, 2； m為相數(shù)為相數(shù))。 由于轉(zhuǎn)子相鄰兩齒間的夾角，由于轉(zhuǎn)子相鄰兩齒間的夾角， 即齒距角為即齒距角為RtZ360(9 - 1) 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 減小步距角可以增加拍數(shù)減小步距角可以增加拍數(shù)N。 1、相數(shù)增加相當(dāng)于拍數(shù)增加，、相數(shù)增加相當(dāng)于拍數(shù)增加，

28、 但相數(shù)越多，但相數(shù)越多， 電源及電機(jī)電源及電機(jī)的結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。的結(jié)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，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般做到六相， 個(gè)個(gè)別的也有八相或更多相數(shù)。別的也有八相或更多相數(shù)。 對(duì)同一相數(shù)既可以采用單拍對(duì)同一相數(shù)既可以采用單拍制，制， 也可采用雙拍制。也可采用雙拍制。 采用雙拍制時(shí)步距角減小一半。采用雙拍制時(shí)步距角減小一半。 所以一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可有兩個(gè)步距角，所以一臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可有兩個(gè)步距角， 如如1.5/0.75、1.2/0.6、 3/1.5等。等。2、增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)、增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR， 步距角也可減小。步距角也可減小。 所以反應(yīng)式步進(jìn)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

29、多的。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)一般是很多的。 通常反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)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。機(jī)的步距角為零點(diǎn)幾度到幾度。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 如果將轉(zhuǎn)子齒數(shù)看作為轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)，如果將轉(zhuǎn)子齒數(shù)看作為轉(zhuǎn)子的極對(duì)數(shù)， 那末一個(gè)齒就對(duì)應(yīng)那末一個(gè)齒就對(duì)應(yīng)360電角度電角度(或或2電弧度電弧度)， 即用電角度即用電角度(或電弧度或電弧度)表示的齒表示的齒距角為距角為 te=360 或或 te=2 rad 相應(yīng)的步距角為相應(yīng)的步距角為NNtebe360(9 - 3)第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (9 - 5) 可見(jiàn)，可見(jiàn)， 與一般電機(jī)一樣，與一般電機(jī)一樣， 電角度等于

30、機(jī)械角度乘上極電角度等于機(jī)械角度乘上極對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)(這里是轉(zhuǎn)子齒數(shù)這里是轉(zhuǎn)子齒數(shù))。 或或 )(2redNbe(9 - 4) 所以當(dāng)拍數(shù)一定時(shí)，所以當(dāng)拍數(shù)一定時(shí)， 不論轉(zhuǎn)子齒數(shù)多少，不論轉(zhuǎn)子齒數(shù)多少， 用電角度表示用電角度表示的步距角均相同。的步距角均相同。 考慮到式考慮到式(9- 2)， 用電角度表示的用電角度表示的步距角步距角RbRRbeZZZN360第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (3) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以按特定指令進(jìn)行角度控制，反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以按特定指令進(jìn)行角度控制， 也可以進(jìn)也可以進(jìn)行速度控制。行速度控制。 角度控制時(shí)，角度控制時(shí)， 每輸入一個(gè)脈沖，每輸入一個(gè)脈沖， 定子繞

31、組就換接一次，定子繞組就換接一次， 輸出軸輸出軸就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度， 其步數(shù)與脈沖數(shù)一致，其步數(shù)與脈沖數(shù)一致， 輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角位移量與輸入脈沖數(shù)成正比。量與輸入脈沖數(shù)成正比。 速度控制時(shí)，速度控制時(shí)， 送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的是連續(xù)脈沖，送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的是連續(xù)脈沖， 各相繞組不斷地各相繞組不斷地輪流通電，輪流通電， 步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)， 它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。 由式由式(9 - 2)可見(jiàn)，可見(jiàn)， 每輸入一個(gè)脈沖，每輸入一個(gè)脈沖， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度是整個(gè)圓轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度是整個(gè)圓周角的周角的1/(ZRN)， 也就是轉(zhuǎn)過(guò)也就是轉(zhuǎn)過(guò)1/

32、(ZRN)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)， 因此每分鐘轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)因此每分鐘轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的圓周數(shù)，過(guò)的圓周數(shù)， 即轉(zhuǎn)速為即轉(zhuǎn)速為式中，式中， f為控制脈沖的頻率，為控制脈沖的頻率， 即每秒輸入的脈沖數(shù)。即每秒輸入的脈沖數(shù)。 min)/(60rNZfnR（96）第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、 轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)， 而與電壓、而與電壓、 負(fù)載、負(fù)載、 溫度等因素?zé)o關(guān)。溫度等因素?zé)o關(guān)。 當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時(shí)，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時(shí)， 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與輸入脈沖頻率成正比，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)速度與輸入脈沖頻率成正比， 或者說(shuō)其轉(zhuǎn)速和脈沖頻率同步?；蛘哒f(shuō)其轉(zhuǎn)速和脈

33、沖頻率同步。 改變脈沖頻率可以改變轉(zhuǎn)速，改變脈沖頻率可以改變轉(zhuǎn)速， 故可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，故可進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速， 調(diào)速范圍很寬。調(diào)速范圍很寬。 改變通電順序，改變通電順序， 即改變定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向，即改變定子磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的方向， 就可以控制電就可以控制電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖進(jìn)行控制的電機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是用電脈沖進(jìn)行控制的電機(jī)。 改變電脈沖輸入的改變電脈沖輸入的情況，情況， 就可方便地控制它，就可方便地控制它， 使它快速啟動(dòng)、使它快速啟動(dòng)、 反轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、 制動(dòng)或制動(dòng)或改變轉(zhuǎn)速。改變轉(zhuǎn)速。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速還可用步距角來(lái)表示，將式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

34、的轉(zhuǎn)速還可用步距角來(lái)表示，將式(9 - 6)進(jìn)行變進(jìn)行變換，換， 可得可得min)/(63603606060rfNZfNZfnbRR(9 - 7) 式中，式中， b為用度數(shù)表示的步距角。為用度數(shù)表示的步距角。 當(dāng)脈沖頻率當(dāng)脈沖頻率f一定時(shí)，一定時(shí)， 步距角越小，步距角越小， 電機(jī)轉(zhuǎn)速越低，電機(jī)轉(zhuǎn)速越低， 因而輸出因而輸出功率越小。功率越小。 從提高加工精度上要求，從提高加工精度上要求， 應(yīng)選用小的步距角，應(yīng)選用小的步距角， 但從提高輸出但從提高輸出功率上要求，功率上要求， 步距角又不能取得太小。步距角又不能取得太小。一般步距角應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中應(yīng)用的具體情況進(jìn)行選取。一般步距角應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)中應(yīng)用的具體

35、情況進(jìn)行選取。第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) (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， 而讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)而讓最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時(shí)，通直流電時(shí)， 電機(jī)可以保持在固定的位置上，電機(jī)可以保持在固定的位置上， 即停在最后一即停在最后一個(gè)脈沖控制的角位移的終點(diǎn)位置上。個(gè)脈沖控制的角位移的終點(diǎn)位置上。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)停步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以實(shí)現(xiàn)停車時(shí)轉(zhuǎn)子定位。車時(shí)轉(zhuǎn)子定位。 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速既不受電壓波動(dòng)和負(fù)載由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速既不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響變化的影響(在允許負(fù)載范圍內(nèi)

36、在允許負(fù)載范圍內(nèi))， 也不受環(huán)境條件也不受環(huán)境條件(溫度、溫度、 壓壓力、力、 沖擊、沖擊、 振動(dòng)等振動(dòng)等)變化的影響，變化的影響， 只與控制脈沖同步，只與控制脈沖同步， 同時(shí)同時(shí)它又能按照控制的要求，它又能按照控制的要求， 實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、 停止、停止、 反轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)速。速。 因此，因此， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 9.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)運(yùn)行通電狀態(tài)不變，電機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)。通電狀態(tài)不變，電機(jī)處于

37、穩(wěn)定狀態(tài)。靜態(tài)運(yùn)行特性靜態(tài)運(yùn)行特性不改變通電狀態(tài)，也就是一相或幾相控制繞組通有直流電時(shí)的不改變通電狀態(tài)，也就是一相或幾相控制繞組通有直流電時(shí)的運(yùn)行特性。運(yùn)行特性。一、矩角特性一、矩角特性1、初始穩(wěn)定平衡位置、初始穩(wěn)定平衡位置步進(jìn)電機(jī)在空載情況下，控制繞組通以直流電時(shí)轉(zhuǎn)子的最后穩(wěn)步進(jìn)電機(jī)在空載情況下，控制繞組通以直流電時(shí)轉(zhuǎn)子的最后穩(wěn)定平衡位置，或稱零位。此時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為零定平衡位置，或稱零位。此時(shí)，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為零第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2、失調(diào)角、失調(diào)角步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離初始平衡位置的電角度，用步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離初始平衡位置的電角度，用e e表示。反應(yīng)表示。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)中，式步進(jìn)電機(jī)

38、中，轉(zhuǎn)子一個(gè)齒距對(duì)應(yīng)的電角度為轉(zhuǎn)子一個(gè)齒距對(duì)應(yīng)的電角度為22。3 3、矩角特性矩角特性不改變通電狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩不改變通電狀態(tài)，步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩T隨失調(diào)角隨失調(diào)角e的變的變化規(guī)律，化規(guī)律， 即即T=f(e)曲線曲線單相通電時(shí)，單相通電時(shí)， 通電相極下的齒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，通電相極下的齒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩， 這些齒與轉(zhuǎn)子齒這些齒與轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置及所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是相同的，的相對(duì)位置及所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是相同的， 故可以用一對(duì)定、故可以用一對(duì)定、 轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置來(lái)表示轉(zhuǎn)子位置，轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置來(lái)表示轉(zhuǎn)子位置， 電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩等于通電電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩等于通電相極下各個(gè)定子齒所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。相極下各個(gè)定子齒

39、所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖 9 - 14 定、 轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置圖圖 9 - 14表示定子一個(gè)齒與轉(zhuǎn)子一個(gè)齒的相對(duì)位置。表示定子一個(gè)齒與轉(zhuǎn)子一個(gè)齒的相對(duì)位置。 定定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線之間的夾角子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線之間的夾角e為電角度表示的轉(zhuǎn)為電角度表示的轉(zhuǎn)子失調(diào)角。子失調(diào)角。 t為一個(gè)齒距對(duì)應(yīng)的角度，為一個(gè)齒距對(duì)應(yīng)的角度， 稱為齒距角。稱為齒距角。 若若用電弧度表示，用電弧度表示， 則齒距角則齒距角te=2。第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)失調(diào)角當(dāng)失調(diào)角e=0時(shí)，時(shí)， 轉(zhuǎn)子齒軸線和定子齒軸線重合。轉(zhuǎn)子齒軸線和定子齒軸線重合。 此時(shí)，此時(shí)， 定、定

40、、 轉(zhuǎn)子齒之間雖有較大的吸力，轉(zhuǎn)子齒之間雖有較大的吸力， 但吸力是垂直于轉(zhuǎn)軸的，但吸力是垂直于轉(zhuǎn)軸的， 不是不是圓周方向，圓周方向， 故電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為故電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩為0， 如圖如圖9 15 (a)所示。所示。 把把e=0, T=0的位置稱穩(wěn)定平衡位置的位置稱穩(wěn)定平衡位置(或協(xié)調(diào)位置或協(xié)調(diào)位置)。 如果轉(zhuǎn)子偏離這個(gè)位置，如果轉(zhuǎn)子偏離這個(gè)位置， 轉(zhuǎn)過(guò)某一角度時(shí)，轉(zhuǎn)過(guò)某一角度時(shí)， 定、定、 轉(zhuǎn)子齒之轉(zhuǎn)子齒之間的吸力有了切向分量，間的吸力有了切向分量， 因而形成轉(zhuǎn)矩因而形成轉(zhuǎn)矩T， 此稱為此稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。 圖 9 - 15 定、 轉(zhuǎn)子間的作用力 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖

41、9 - 15 定、 轉(zhuǎn)子間的作用力 隨著失調(diào)角隨著失調(diào)角e(順時(shí)針?lè)较蚨檎淀槙r(shí)針?lè)较蚨檎?增加，增加， 電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩增電機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩增大，大， 當(dāng)當(dāng)e+/2(即即1/4齒距角齒距角)時(shí)，時(shí)， 轉(zhuǎn)矩最大。轉(zhuǎn)矩最大。 轉(zhuǎn)矩的方向是轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針的，逆時(shí)針的， 如圖如圖9 15 (b)， 故取轉(zhuǎn)矩為負(fù)值故取轉(zhuǎn)矩為負(fù)值。 失調(diào)角失調(diào)角e=+(即即1/2齒距角齒距角)時(shí)，時(shí)， 轉(zhuǎn)子的位置正好使轉(zhuǎn)子的齒轉(zhuǎn)子的位置正好使轉(zhuǎn)子的齒軸線對(duì)準(zhǔn)定子槽的軸線，軸線對(duì)準(zhǔn)定子槽的軸線， 轉(zhuǎn)子槽軸線對(duì)準(zhǔn)定子齒的軸線，轉(zhuǎn)子槽軸線對(duì)準(zhǔn)定子齒的軸線， 此此時(shí)，時(shí)， 相鄰兩個(gè)轉(zhuǎn)子齒都受到中間那個(gè)定子齒的拉力，相鄰兩個(gè)

42、轉(zhuǎn)子齒都受到中間那個(gè)定子齒的拉力， 對(duì)轉(zhuǎn)子對(duì)轉(zhuǎn)子的作用是相互平衡的，的作用是相互平衡的， 如圖如圖9 15 (c)， 故轉(zhuǎn)矩也為故轉(zhuǎn)矩也為0。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖 9 - 15 定、 轉(zhuǎn)子間的作用力 當(dāng)失調(diào)角當(dāng)失調(diào)角e+時(shí)，時(shí)， 轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)到下一個(gè)定子齒下，轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)到下一個(gè)定子齒下， 受下一個(gè)受下一個(gè)定子齒的作用，定子齒的作用， 轉(zhuǎn)矩的方向是使轉(zhuǎn)子齒與該定子齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)矩的方向是使轉(zhuǎn)子齒與該定子齒對(duì)齊， 是是順時(shí)針?lè)较颍槙r(shí)針?lè)较颍?如圖如圖9 - 15(d)， 轉(zhuǎn)矩取為正值。轉(zhuǎn)矩取為正值。 當(dāng)當(dāng)e=+2時(shí)，時(shí)， 轉(zhuǎn)子齒與下一個(gè)定子齒對(duì)齊，轉(zhuǎn)子齒與下一個(gè)定子齒對(duì)齊， 轉(zhuǎn)矩為

43、轉(zhuǎn)矩為0。 失調(diào)角失調(diào)角e繼續(xù)增加，繼續(xù)增加， 轉(zhuǎn)矩又重復(fù)上面情況作周期性的變化。轉(zhuǎn)矩又重復(fù)上面情況作周期性的變化。 當(dāng)失調(diào)角相對(duì)于協(xié)調(diào)當(dāng)失調(diào)角相對(duì)于協(xié)調(diào)位置以相反的方向偏移，位置以相反的方向偏移， 即失調(diào)角為負(fù)值時(shí)，即失調(diào)角為負(fù)值時(shí)， -e0范圍范圍內(nèi)轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)轫槙r(shí)針，內(nèi)轉(zhuǎn)矩的方向?yàn)轫槙r(shí)針， 故取正值，故取正值， 轉(zhuǎn)矩值的變化情況與上轉(zhuǎn)矩值的變化情況與上相同。相同。第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖 9 - 16 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩角特性上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值Tjmax表示了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)承受負(fù)載的能力， 是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最主要的性能指標(biāo)之一， 通常在技術(shù)數(shù)據(jù)中都會(huì)指明。第第1

44、111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 定性地討論了單相通電時(shí)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子失調(diào)角的關(guān)系，根定性地討論了單相通電時(shí)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)子失調(diào)角的關(guān)系，根據(jù)據(jù)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理機(jī)電能量轉(zhuǎn)換原理可推導(dǎo)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)表達(dá)式?？赏茖?dǎo)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 T=-Tjmaxsine -(IN) 2ZsZRlG1sine (Nm) (9- 8) 式中，式中， Zs為定子每極下的小齒數(shù)；為定子每極下的小齒數(shù)； G為氣隙比磁導(dǎo)為氣隙比磁導(dǎo) 當(dāng)失調(diào)角當(dāng)失調(diào)角e=90時(shí)，時(shí)， 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為最大，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩為最大， 即即 T=Tjmax=(IN) 2ZsZRlG1 (Nm) (9- 9) 當(dāng)不計(jì)鐵心飽和時(shí)，當(dāng)不計(jì)鐵心飽和時(shí)， 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩

45、最大值與繞組電流平方成正比。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值與繞組電流平方成正比。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 多相通電時(shí)的矩角特性和最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩多相通電時(shí)的矩角特性和最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Tjmax與單相通電時(shí)不與單相通電時(shí)不同。同。 按照疊加原理，按照疊加原理， 多相通電時(shí)的矩角特性近似地可以由每相各多相通電時(shí)的矩角特性近似地可以由每相各自通電時(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。 先以三相步進(jìn)電機(jī)為例。先以三相步進(jìn)電機(jī)為例。 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以單相通電，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以單相通電， 也也可以兩相同時(shí)通電，可以兩相同時(shí)通電， 下面推導(dǎo)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)兩相通電時(shí)下面推導(dǎo)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)兩

46、相通電時(shí)(如如A、 B兩相兩相)的矩角特性。的矩角特性。 圖圖 9 - 17 A相和相和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 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 如果轉(zhuǎn)子失調(diào)角e是指A相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線之間的夾角， 那末A相通電時(shí)的矩角特性是一條通過(guò)0點(diǎn)的正弦曲線(假定矩角特性可近似地看作正弦形)， 可以用下式表示： TA=-T jmaxsin e 當(dāng)B相也通電時(shí)， 由于e=0時(shí)的B相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線相夾一個(gè)單拍制的步距角， 這個(gè)步距角以電角度表示為be， 其值為be=te/3=120電角度或2/3電弧度， 如圖9 - 17所示。 所以B相通電時(shí)的矩角特性可表示為

47、 TB=-Tjmaxsin(e-120) 這是一條與A相矩角特性相距120(即te/3)的正弦曲線。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)當(dāng)A、 B兩相同時(shí)通電時(shí)合成矩角特性應(yīng)為兩者相加，兩相同時(shí)通電時(shí)合成矩角特性應(yīng)為兩者相加， 即即 TAB =TA+TB=-Tjmaxsine-Tjmaxsin(e-120) =-Tjmaxsin(e-60) TAB是一條幅值不變，是一條幅值不變， 相移相移60(即即te/6)的正弦曲線。的正弦曲線。 A相、相、 B相及相及A、 B兩相同時(shí)通電的矩角特性如圖兩相同時(shí)通電的矩角特性如圖9 - 18(a)所示。所示。 除了用波形圖表示多相通電時(shí)矩角特性外，除

48、了用波形圖表示多相通電時(shí)矩角特性外， 還可用向量圖還可用向量圖來(lái)表示，來(lái)表示， 如圖如圖9 - 18(b)所示。所示。 圖 9 - 18 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相、 兩相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩 (a) 矩角特性； (b) 轉(zhuǎn)矩向量圖第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 從上面對(duì)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)矩角特性的分析可以看從上面對(duì)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)矩角特性的分析可以看出，出， 兩相通電時(shí)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值與單相通電時(shí)的最大靜態(tài)兩相通電時(shí)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值與單相通電時(shí)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值相等。轉(zhuǎn)矩值相等。 也就是說(shuō)，也就是說(shuō)， 對(duì)三相步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)，對(duì)三相步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)， 不能依靠不能依靠增加通電相數(shù)來(lái)提高轉(zhuǎn)矩，增加

49、通電相數(shù)來(lái)提高轉(zhuǎn)矩， 這是三相步進(jìn)電機(jī)一個(gè)很大的缺這是三相步進(jìn)電機(jī)一個(gè)很大的缺點(diǎn)。點(diǎn)。 如果不用三相，如果不用三相， 而用更多相時(shí)，而用更多相時(shí)， 多相通電是否能提高轉(zhuǎn)矩多相通電是否能提高轉(zhuǎn)矩呢呢? 回答是肯定的?；卮鹗强隙ǖ?。 下面以五相電機(jī)為例進(jìn)行分析。下面以五相電機(jī)為例進(jìn)行分析。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖9 - 19 五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相、 兩相、 三相通電時(shí)的矩角特性 圖 9 20 五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩向量圖 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 與三相步進(jìn)電機(jī)分析方法一樣，與三相步進(jìn)電機(jī)分析方法一樣， 也可作出五相步進(jìn)也可作出五相步進(jìn)電機(jī)的單相、電機(jī)的單相、 兩相、兩

50、相、 三相通電時(shí)矩角特性的波形圖和三相通電時(shí)矩角特性的波形圖和向量圖，向量圖， 如圖如圖9 - 19和圖和圖9 - 20所示。所示。 由圖可見(jiàn)，由圖可見(jiàn)， 兩相和兩相和三相通電時(shí)矩角特性相對(duì)三相通電時(shí)矩角特性相對(duì)A相矩角特性分別移動(dòng)了相矩角特性分別移動(dòng)了2/10及及2/5， 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值兩者相等，靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值兩者相等， 而且都比一相通電而且都比一相通電時(shí)大。時(shí)大。 因此，因此， 五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用兩相五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用兩相三相運(yùn)行方三相運(yùn)行方式式(如如AB - ABC - BC )不但轉(zhuǎn)矩加大，不但轉(zhuǎn)矩加大， 而且矩角特而且矩角特性形狀相同，性形狀相同， 這對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性是非常有利

51、的，這對(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性是非常有利的， 在使用時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮這樣的運(yùn)行方式。在使用時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮這樣的運(yùn)行方式。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 下面給出下面給出m相電機(jī)，相電機(jī)， n相同時(shí)通電矩角特性的一般表達(dá)式：相同時(shí)通電矩角特性的一般表達(dá)式： T1=-Tjmaxsin e T2=-Tjmaxsin(e-be) Tn=-Tjmaxsine-(n-1)be 所以所以n相同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)矩相同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)矩 beebebejbeebeeejnnnnnTnTTTTT21sin2sin2sin) 1(sin)sin(sinmaxmax211式中，式中， be為單拍制分配方式時(shí)的步距角為單拍制分配

52、方式時(shí)的步距角(電角度或電弧度電角度或電弧度)。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 因?yàn)閎e=2/m， 所以 mnmmnTTejn1sinsinsinmax1因而因而m相電機(jī)相電機(jī)n相同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值與單相通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最相同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值與單相通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值之比大值之比mmnTTjnjsinsinmax)1max( (9 - 10)第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 例如五相電動(dòng)機(jī)兩相通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值為maxmax)max(62. 15sin52sinjjABjTTT三相通電時(shí) maxmax)max(62. 15sin53sinjjABCjTTT第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步

53、進(jìn)電動(dòng)機(jī) 9.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行狀態(tài)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行狀態(tài) 單步運(yùn)行狀態(tài)單步運(yùn)行狀態(tài)是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在單相或多相通電狀態(tài)下，是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在單相或多相通電狀態(tài)下， 僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行方式，僅改變一次通電狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行方式， 或輸入脈沖頻率非?；蜉斎朊}沖頻率非常之低，之低， 以至加第二脈沖之前，以至加第二脈沖之前， 前一步已經(jīng)走完，前一步已經(jīng)走完， 轉(zhuǎn)子運(yùn)行轉(zhuǎn)子運(yùn)行已經(jīng)停止的運(yùn)行狀態(tài)。已經(jīng)停止的運(yùn)行狀態(tài)。第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 9.4.1 步進(jìn)電機(jī)的單步運(yùn)行和最大負(fù)載能力步進(jìn)電機(jī)的單步運(yùn)行和最大負(fù)載能力假設(shè)矩角特性為正弦形，假設(shè)矩角特性為正弦形， 失調(diào)角失調(diào)角e是是A

54、相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線之間的夾角，齒軸線之間的夾角， A相通電時(shí)的矩角特性如圖相通電時(shí)的矩角特性如圖9- 21曲線曲線A所示。所示。 圖中，圖中，e=0的點(diǎn)是對(duì)應(yīng)的點(diǎn)是對(duì)應(yīng)A相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線相重合時(shí)的轉(zhuǎn)子位置，相重合時(shí)的轉(zhuǎn)子位置， 稱為平衡位置。稱為平衡位置。 圖 9 - 21 空載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)電機(jī)處于理想空載即不帶任何負(fù)載時(shí)，當(dāng)電機(jī)處于理想空載即不帶任何負(fù)載時(shí)， 轉(zhuǎn)子停在轉(zhuǎn)子停在e=0的的位置上。如果此時(shí)送入一個(gè)控制脈沖，位置上。如果此時(shí)送入一個(gè)控制脈沖， 切換為切換為B相繞組通相繞組通

55、電，電， 矩角特性就移動(dòng)一個(gè)步距角矩角特性就移動(dòng)一個(gè)步距角be(等于等于120)， 躍變躍變?yōu)榍€為曲線B， e=120就成為新的平衡位置。就成為新的平衡位置。切換的瞬時(shí)轉(zhuǎn)子處于切換的瞬時(shí)轉(zhuǎn)子處于e=0的位置，的位置， 對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)e=0的電磁轉(zhuǎn)矩已的電磁轉(zhuǎn)矩已由由T=0突變?yōu)橥蛔優(yōu)門=Tjmaxsin120(對(duì)應(yīng)圖中對(duì)應(yīng)圖中a點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩)； 電機(jī)電機(jī)在電磁轉(zhuǎn)矩作用下將向新的初始平衡位置移動(dòng)，在電磁轉(zhuǎn)矩作用下將向新的初始平衡位置移動(dòng)， 直至直至e=120為止。為止。 這樣，這樣， 電機(jī)從電機(jī)從e=0到到e=120步進(jìn)了一步步進(jìn)了一步(一個(gè)步距角一個(gè)步距角)。 如果不斷送入控制脈沖，如果不斷送

56、入控制脈沖， 使繞組按照使繞組按照A - B - C - A 順序不斷換接，順序不斷換接， 電機(jī)就不斷地一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)就不斷地一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)， 每走一步轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角，每走一步轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角， 這就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作單步運(yùn)行這就是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作單步運(yùn)行的情況。的情況。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 當(dāng)電機(jī)帶有恒定負(fù)載當(dāng)電機(jī)帶有恒定負(fù)載TL時(shí)若時(shí)若A相通電，相通電， 轉(zhuǎn)子將停留轉(zhuǎn)子將停留在失調(diào)角為在失調(diào)角為ea的位置上，的位置上， 如圖如圖9 - 22所示。所示。 當(dāng)當(dāng)e=ea時(shí)，時(shí)， 電磁轉(zhuǎn)矩電磁轉(zhuǎn)矩TA(對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)a點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩點(diǎn)的轉(zhuǎn)矩)與負(fù)載轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL相等，相等， 轉(zhuǎn)子處于平衡。轉(zhuǎn)

57、子處于平衡。 圖 9 - 22 加載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 如果送入控制脈沖，如果送入控制脈沖， 轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換到B相通電，相通電， 則轉(zhuǎn)子所受的有則轉(zhuǎn)子所受的有效轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩效轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩TB與負(fù)載轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL之差，之差， 即圖即圖9 - 22上的陰上的陰影部分。影部分。 轉(zhuǎn)子在此轉(zhuǎn)矩的作用下也轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角轉(zhuǎn)子在此轉(zhuǎn)矩的作用下也轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角120， 由由e=ea轉(zhuǎn)到新的平衡位置轉(zhuǎn)到新的平衡位置e=eb。 當(dāng)繞組不斷地?fù)Q接時(shí)，當(dāng)繞組不斷地?fù)Q接時(shí)， 電機(jī)不斷地作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，電機(jī)不斷地作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)， 步距角仍為步距角仍為120電角度。電角度。 圖 9

58、- 22 加載時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 步進(jìn)電機(jī)作單步運(yùn)行時(shí)能帶動(dòng)的最大負(fù)載步進(jìn)電機(jī)作單步運(yùn)行時(shí)能帶動(dòng)的最大負(fù)載圖 9 - 23 最大負(fù)載能力的確定 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖圖9 - 23表示電機(jī)作單步運(yùn)行時(shí)的矩角特性，表示電機(jī)作單步運(yùn)行時(shí)的矩角特性， 圖中相鄰兩狀圖中相鄰兩狀態(tài)矩角特性的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩用態(tài)矩角特性的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩用Tq表示。表示。 1、當(dāng)電機(jī)所帶負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩、當(dāng)電機(jī)所帶負(fù)載的阻轉(zhuǎn)矩TLTq時(shí)，時(shí)， 如果開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)子是如果開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)子是處在失調(diào)角為處在失調(diào)角為em的平衡點(diǎn)的平衡點(diǎn)m， 當(dāng)控制脈沖切換通電繞組當(dāng)控制脈

59、沖切換通電繞組使使B相通電時(shí)，相通電時(shí)， 矩角特性躍變?yōu)榍€矩角特性躍變?yōu)榍€B。 對(duì)應(yīng)角對(duì)應(yīng)角em的電的電磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，磁轉(zhuǎn)矩大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩， 電機(jī)就能在電磁轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)過(guò)一電機(jī)就能在電磁轉(zhuǎn)矩作用下轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角到達(dá)新的平衡位置個(gè)步距角到達(dá)新的平衡位置n。2、當(dāng)負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩、當(dāng)負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩T LTq， 開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)子處于失調(diào)角為開(kāi)始時(shí)轉(zhuǎn)子處于失調(diào)角為em的的m點(diǎn)，點(diǎn)， 當(dāng)繞組切換后，當(dāng)繞組切換后， 對(duì)應(yīng)角對(duì)應(yīng)角em的電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載的電磁轉(zhuǎn)矩小于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩， 電機(jī)就不能作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。電機(jī)就不能作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 電機(jī)作單步運(yùn)動(dòng)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載（極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）

60、：電機(jī)作單步運(yùn)動(dòng)所能帶動(dòng)的極限負(fù)載（極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）：電機(jī)以一定通電方式運(yùn)行時(shí)，電機(jī)以一定通電方式運(yùn)行時(shí)， 相鄰矩角特性的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)相鄰矩角特性的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩Tq。 實(shí)際電機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩實(shí)際電機(jī)所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL必須小于極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩才能運(yùn)必須小于極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩才能運(yùn)行，行， 即即 TLTq (9 - 11)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， 就可提高極限啟就可提高極限啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tq， 增大電機(jī)的負(fù)載能力。增大電機(jī)的負(fù)載能力。 第第1111章章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 例如三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)運(yùn)行方式為三相單三拍或三相雙三拍例如三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)運(yùn)行方式