第3章步進電動機的控制-1

1、1第3章2內(nèi)容提要內(nèi)容提要第第1 1節(jié)節(jié) 步進電動機的工作原理及驅(qū)動方法步進電動機的工作原理及驅(qū)動方法 第第2 2節(jié)節(jié) 步進電動機的開、閉環(huán)控制步進電動機的開、閉環(huán)控制 第第3 3節(jié)節(jié) 步進電動機的最佳點步進電動機的最佳點- -位控制位控制 第第4 4節(jié)節(jié) 步進電動機控制的程序設(shè)計步進電動機控制的程序設(shè)計3引引 言言步進電動機步進電動機主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)主要用于開環(huán)控制系統(tǒng)，也可以用于閉環(huán)控制系統(tǒng)。，也可以用于閉環(huán)控制系統(tǒng)。步進電機是工業(yè)過程控制及儀表控制中的主要控制元件之一，由于它可步進電機是工業(yè)過程控制及儀表控制中的主要控制元件之一，由于它可以以直接接收計算機輸出的數(shù)字信號，而不需要進行

2、數(shù)直接接收計算機輸出的數(shù)字信號，而不需要進行數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換，模轉(zhuǎn)換，所以廣所以廣泛應用于數(shù)字控制系統(tǒng)。泛應用于數(shù)字控制系統(tǒng)。步進電機步進電機角位移與控制脈沖間精確同步角位移與控制脈沖間精確同步，若將角位移的改變轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性，若將角位移的改變轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性位移、位置、體積、流量等物理量的變化，便可實現(xiàn)對它們的控制。例位移、位置、體積、流量等物理量的變化，便可實現(xiàn)對它們的控制。例如，在機械結(jié)構(gòu)中，可以用絲杠把角度變成直線位移，也可以用它帶動如，在機械結(jié)構(gòu)中，可以用絲杠把角度變成直線位移，也可以用它帶動螺旋定位器，調(diào)節(jié)電壓和電流，實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的控制。螺旋定位器，調(diào)節(jié)電壓和電流，實現(xiàn)對執(zhí)行機構(gòu)的控制。步進

3、電動機具有步進電動機具有快速啟?？焖賳⑼?、精確步進精確步進以及能以及能直接接收數(shù)字量直接接收數(shù)字量的特點，使的特點，使其在定位場合中得到了廣泛的應用。如繪圖機、打印機及光學儀器中，其在定位場合中得到了廣泛的應用。如繪圖機、打印機及光學儀器中，采用步進電動機來定位繪圖筆、印字頭或光學鏡頭。在工業(yè)過程控制的采用步進電動機來定位繪圖筆、印字頭或光學鏡頭。在工業(yè)過程控制的位置控制系統(tǒng)中應用也越來越廣泛。位置控制系統(tǒng)中應用也越來越廣泛。4第第1 1節(jié)節(jié) 步進電動機的工作原理及驅(qū)動方法步進電動機的工作原理及驅(qū)動方法 步進電動機是一種將步進電動機是一種將電脈沖電脈沖信號變換成相應的信號變換成相應的角位移或直

4、角位移或直線位移線位移的機電執(zhí)行元件。相當于一個數(shù)字的機電執(zhí)行元件。相當于一個數(shù)字/ /角度轉(zhuǎn)換器，也角度轉(zhuǎn)換器，也是一個串行的數(shù)是一個串行的數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器。輸入一個電脈沖，電動機就轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)換器。輸入一個電脈沖，電動機就轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為動一個固定的角度，稱為“一步一步”，這個固定的角度稱為，這個固定的角度稱為步距角。步距角。 控制信號是脈沖電壓、電流，所以有時也稱為脈沖電動機控制信號是脈沖電壓、電流，所以有時也稱為脈沖電動機或電脈沖馬達?；螂娒}沖馬達。 5 1. 1. 電機輸出軸的電機輸出軸的角位移與輸入脈沖數(shù)成正比角位移與輸入脈沖數(shù)成正比；轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比；轉(zhuǎn)向與通電相序有

5、關(guān)脈沖頻率成正比；轉(zhuǎn)向與通電相序有關(guān)。沒有累積誤差，。沒有累積誤差，具有良好的跟隨性。具有良好的跟隨性。 2. 2. 由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡單、廉價，又非?？煽?。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)單、廉價，又非?？煽?。同時，它也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 3. 3. 步進電機的動態(tài)響應快，易于起停、正反轉(zhuǎn)、變速。步進電機的動態(tài)響應快，易于起停、正反轉(zhuǎn)、變速。 4. 4. 步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應的措施。機械負載采

6、取相應的措施。 5. 5. 步進電機自身的噪聲和振動較大，帶慣性負載的能步進電機自身的噪聲和振動較大，帶慣性負載的能力較差。力較差。步進電動機有如下特點：步進電動機有如下特點：61.1.按運動方式來分：按運動方式來分：分為旋轉(zhuǎn)運動、直線運動、平面運動（印刷繞組式）和分為旋轉(zhuǎn)運動、直線運動、平面運動（印刷繞組式）和滾切運動式步進電機。滾切運動式步進電機。2.2.按工作原理來分：按工作原理來分：分為反應式分為反應式( (磁阻式磁阻式) )、電磁式、永磁式、永磁感應式、電磁式、永磁式、永磁感應式（混合式）步進電機。（混合式）步進電機。3.3.按其工作方式來分：按其工作方式來分：分為功率式和伺服式。前

7、者輸出轉(zhuǎn)矩較大，能直接帶分為功率式和伺服式。前者輸出轉(zhuǎn)矩較大，能直接帶動較大的負載；后者輸出轉(zhuǎn)矩較小，只能帶動較小的負載，對于大負載需通動較大的負載；后者輸出轉(zhuǎn)矩較小，只能帶動較小的負載，對于大負載需通過液壓放大元件來傳動。過液壓放大元件來傳動。4.4.按結(jié)構(gòu)來分：按結(jié)構(gòu)來分：分為單段式（徑向式）、多段式（軸向式）、印刷繞組式。分為單段式（徑向式）、多段式（軸向式）、印刷繞組式。5.5.按相數(shù)來分：按相數(shù)來分：分為三相、四相、五相、六相等。分為三相、四相、五相、六相等。6.6.按使用頻率來分：按使用頻率來分：分為高頻步進電機和低頻步進電機。分為高頻步進電機和低頻步進電機。 不同類型步進電機其工

8、作原理、驅(qū)動裝置也不完全一樣，但其工作過程不同類型步進電機其工作原理、驅(qū)動裝置也不完全一樣，但其工作過程基本是相同的?；臼窍嗤?。 一、步進電動機的種類一、步進電動機的種類7 步進電動機的工作原理是基于電磁感應原理。步進電動機的工作原理是基于電磁感應原理。 步進電動機和一般旋轉(zhuǎn)電動機一樣，分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。步進電動機和一般旋轉(zhuǎn)電動機一樣，分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子定子由硅鋼片疊成，配以一定相數(shù)的控制繞組，輸入電脈沖對多相定子繞由硅鋼片疊成，配以一定相數(shù)的控制繞組，輸入電脈沖對多相定子繞組輪流進行勵磁；組輪流進行勵磁；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子本身沒有勵磁繞組

9、用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子本身沒有勵磁繞組的稱為的稱為“反應式反應式”步進電動機；用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子的稱為步進電動機；用永久磁鐵做轉(zhuǎn)子的稱為“永磁式永磁式”步進步進電動機；電動機；兼有永磁式和反應式兩種步進電機的特點，稱為混合式步進電機。兼有永磁式和反應式兩種步進電機的特點，稱為混合式步進電機。目前以反應式步進電動機用得較多。目前以反應式步進電動機用得較多。二、步進電動機的工作原理二、步進電動機的工作原理8（一）反應式步進電機的結(jié)構(gòu)（一）反應式步進電機的結(jié)構(gòu)1.1.單段（徑向式）三相反應式步進電機的結(jié)構(gòu)原理圖單段（徑向式）三相反應式步進電機的結(jié)構(gòu)原理圖 主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組

10、成。主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子定子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，定子上有六鐵芯由硅鋼片疊壓而成，定子上有六個均勻分布的極，每兩個為一對。定子繞個均勻分布的極，每兩個為一對。定子繞組是繞置在定子上的六個均勻分布鐵芯齒組是繞置在定子上的六個均勻分布鐵芯齒上的線圈，它把沿直徑方向上相對的兩個上的線圈，它把沿直徑方向上相對的兩個齒上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相控制繞齒上的線圈串聯(lián)在一起，構(gòu)成一相控制繞組。圖中所示的步進電機為組。圖中所示的步進電機為A A、B B、C C三相三相控制繞組，故稱為三相步進電機。當任一控制繞組，故稱為三相步進電機。當任一相繞組通電時，便形成一對定子磁極，即相繞組通電時，便形成一

11、對定子磁極，即形成形成N N、S S極。極。 在定子的每個磁極上，即定子鐵芯在定子的每個磁極上，即定子鐵芯的每個齒上又開了五個小齒，齒槽等寬，的每個齒上又開了五個小齒，齒槽等寬，齒間夾角為齒間夾角為9 9，在空間位置上依次錯開，在空間位置上依次錯開1/31/3齒距其展開圖如圖所示。齒距其展開圖如圖所示。9圖圖3-1 3-1 單段式反應式步進電動機單段式反應式步進電動機結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)原理圖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子是一個帶齒的鐵芯，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，轉(zhuǎn)子上均勻分布了是一個帶齒的鐵芯，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，轉(zhuǎn)子上均勻分布了4040個小齒，齒槽等寬，齒間夾角也是個小齒，齒槽等寬，齒間夾角也是9 9，與定子磁極上的小齒一致。，

12、與定子磁極上的小齒一致。當定子當定子A A相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對齊時，定子相磁極上的小齒與轉(zhuǎn)子上的小齒對齊時，定子B B相磁極上相磁極上的小齒剛好超前的小齒剛好超前( (或滯后或滯后) )轉(zhuǎn)子小齒轉(zhuǎn)子小齒1/31/3齒距角，定子齒距角，定子C C相磁極上的相磁極上的小齒超前小齒超前( (或滯后或滯后) )轉(zhuǎn)子小齒轉(zhuǎn)子小齒2/32/3齒距角。齒距角。112.2.單段三相反應式步進電機的工作原理單段三相反應式步進電機的工作原理（近似于電磁鐵的工作原理）近似于電磁鐵的工作原理）三相單三拍工作方式三相單三拍工作方式：如圖轉(zhuǎn)子上有四個均勻分布的齒：如圖轉(zhuǎn)子上有四個均勻分布的齒1 1、2 2、3

13、3、4 4。當。當A A相通相通電電，B B、C C都不通電，因磁通總是要沿著磁阻最少的路徑閉合，將使轉(zhuǎn)子齒都不通電，因磁通總是要沿著磁阻最少的路徑閉合，將使轉(zhuǎn)子齒1 1、3 3吸引到定子磁極吸引到定子磁極A A、AA下，并對齊，圖下，并對齊，圖(a),(a),因轉(zhuǎn)子只受到徑向力而無切向因轉(zhuǎn)子只受到徑向力而無切向力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被自鎖在這個位置力，故轉(zhuǎn)矩為零，轉(zhuǎn)子被自鎖在這個位置；當當B B相繞組通電相繞組通電，A A、C C相不通電，相不通電，將使轉(zhuǎn)子齒將使轉(zhuǎn)子齒2 2、4 4和定子磁極和定子磁極B B、BB對齊，在電磁力矩的作用下使轉(zhuǎn)子沿逆時對齊，在電磁力矩的作用下使轉(zhuǎn)子沿逆時針方向轉(zhuǎn)

14、過針方向轉(zhuǎn)過3030，圖，圖(b)(b)；C C相通電相通電，A A、B B相斷電，又使轉(zhuǎn)子齒相斷電，又使轉(zhuǎn)子齒1 1、3 3和定子磁和定子磁極極C C、CC對齊，在電磁力矩的作用下使轉(zhuǎn)子再沿著逆時針方向轉(zhuǎn)過對齊，在電磁力矩的作用下使轉(zhuǎn)子再沿著逆時針方向轉(zhuǎn)過3030，圖，圖(C)(C)。若使定子繞組按。若使定子繞組按A-B-C-AA-B-C-A的順序通電，則步進電機轉(zhuǎn)子便不停地沿的順序通電，則步進電機轉(zhuǎn)子便不停地沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果定子繞組的通電順序為逆時針方向轉(zhuǎn)動。如果定子繞組的通電順序為A-C-B-AA-C-B-A則步進電機轉(zhuǎn)子沿則步進電機轉(zhuǎn)子沿順時針方向轉(zhuǎn)動。順時針方向轉(zhuǎn)動。要點：磁力

15、線力圖走磁阻最小的路徑，從而產(chǎn)生反應力矩；要點：磁力線力圖走磁阻最小的路徑，從而產(chǎn)生反應力矩； 各相定子齒之間彼此錯開各相定子齒之間彼此錯開1/m1/m齒距，齒距，m m為相數(shù)，這里為相數(shù)，這里m=3m=3。12 三相單三拍工作方式從一相繞組的通電或斷電切換到另一相繞組的三相單三拍工作方式從一相繞組的通電或斷電切換到另一相繞組的斷電或通電時，由于電機繞組是電感性元件，磁場的消失或建立均需一斷電或通電時，由于電機繞組是電感性元件，磁場的消失或建立均需一定時間，因此，定時間，因此，切換期間容易使電機產(chǎn)生失步切換期間容易使電機產(chǎn)生失步。 此外，此外，由單一繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，也容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近

16、產(chǎn)由單一繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，也容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩，生振蕩，運行的穩(wěn)定性較差，所以很少采用。運行的穩(wěn)定性較差，所以很少采用。三相雙三拍工作方式：三相雙三拍工作方式：為了克服以上不足，通常將其改為三相為了克服以上不足，通常將其改為三相雙雙三拍通電三拍通電方式，即按方式，即按AB-BC-CA-ABAB-BC-CA-AB方式通電，可使電機正轉(zhuǎn)；反之按方式通電，可使電機正轉(zhuǎn)；反之按AB-AC-BC-AB-AC-BC-ABAB方式通電，可使電機反轉(zhuǎn)。這種工作方式每個通電狀態(tài)均為兩相繞方式通電，可使電機反轉(zhuǎn)。這種工作方式每個通電狀態(tài)均為兩相繞組同時通電，且相鄰的兩個工作節(jié)拍中總有一相保持通電的狀

17、態(tài)不變，因組同時通電，且相鄰的兩個工作節(jié)拍中總有一相保持通電的狀態(tài)不變，因此，可避免三相單三拍工作方式的失步和低頻振蕩等現(xiàn)象。三相雙三招工此，可避免三相單三拍工作方式的失步和低頻振蕩等現(xiàn)象。三相雙三招工作方式下，每改變一次通電狀態(tài)可使步進電機旋轉(zhuǎn)作方式下，每改變一次通電狀態(tài)可使步進電機旋轉(zhuǎn)3030。三相六拍工作方式：三相六拍工作方式：為減小每改變一次通電狀態(tài)使步進電機所轉(zhuǎn)過的角為減小每改變一次通電狀態(tài)使步進電機所轉(zhuǎn)過的角度，而采用三相六拍通電方式。即按度，而采用三相六拍通電方式。即按A-AB-B-BC-C-CA-AA-AB-B-BC-C-CA-A方式通電，使方式通電，使電機正轉(zhuǎn)；反之，按電機正

18、轉(zhuǎn)；反之，按A-AC-C-BC-B-AB-AA-AC-C-BC-B-AB-A方式通電，使電機反轉(zhuǎn)。三方式通電，使電機反轉(zhuǎn)。三相六拍工作方式除具有三相雙三拍的特點外，還可使步進電機每改變一相六拍工作方式除具有三相雙三拍的特點外，還可使步進電機每改變一次通電狀態(tài)僅旋轉(zhuǎn)次通電狀態(tài)僅旋轉(zhuǎn)1515。13 通電方式通電方式: : 從一相通電改換成另一相通電，即通電方式改變一次叫從一相通電改換成另一相通電，即通電方式改變一次叫“一拍一拍”。步進電動機有。步進電動機有單相輪流通電單相輪流通電、雙相輪流通電雙相輪流通電和和單雙單雙相輪流通電相輪流通電的方式。的方式。 14圖圖3-2 3-2 三段三相反應式步進電

19、動三段三相反應式步進電動機結(jié)構(gòu)原理圖機結(jié)構(gòu)原理圖3.3.多段反應式步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理多段反應式步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理前面介紹的前面介紹的單段單段反應式步進電機是按反應式步進電機是按徑向分相的，此外，還有一種反應式徑向分相的，此外，還有一種反應式步進電機是按步進電機是按軸向分相軸向分相，這種步進電，這種步進電機又稱為機又稱為多段多段反應式步進電機。反應式步進電機。多段反應式步進電機是沿軸向分成磁多段反應式步進電機是沿軸向分成磁性相對獨立的幾段，每一段都有一組性相對獨立的幾段，每一段都有一組勵磁繞組，形成一相，因此，三相電勵磁繞組，形成一相，因此，三相電動機有三段，其結(jié)構(gòu)如圖動機有三段，其結(jié)構(gòu)

20、如圖3-23-2所示。所示。 這種反應式步進電動機的步距角較大，不適合一般用途的要求。實際這種反應式步進電動機的步距角較大，不適合一般用途的要求。實際的步進電動機是一種小步距的步進電動機。的步進電動機是一種小步距的步進電動機。154.4.小步距角步進電動機小步距角步進電動機 圖圖3-13-1所示為三相反應式步進電動機。設(shè)所示為三相反應式步進電動機。設(shè)m m為相數(shù)為相數(shù)，z z為為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)則則齒距齒距： 因為每通電一次（即運行一拍），轉(zhuǎn)子就走一步，各因為每通電一次（即運行一拍），轉(zhuǎn)子就走一步，各相繞組輪流通電一次，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個齒距。故相繞組輪流通電一次，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個齒距。故步距角

21、步距角：z360tb z360KmKmb 齒齒距距拍拍數(shù)數(shù)齒齒距距 K-K-定子繞組通電方式系數(shù)。相鄰兩次通電的相數(shù)一樣，取定子繞組通電方式系數(shù)。相鄰兩次通電的相數(shù)一樣，取K=lK=l，如，如三相單三拍、三相雙三拍工作方式；反之，取三相單三拍、三相雙三拍工作方式；反之，取K=2K=2，如三相單雙六拍工作，如三相單雙六拍工作方式。（拍數(shù)方式。（拍數(shù)/ /相數(shù)）相數(shù)）16若步進電動機的轉(zhuǎn)子齒數(shù)若步進電動機的轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=40z=40，按三相單三拍運行時，按三相單三拍運行時，K=1K=1，m=3m=3：若按五相十拍運行時，則若按五相十拍運行時，則K=2K=2，m=5m=5，z=40z=40：可見，步進

22、電動機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，步距角就越小，控制越精確。可見，步進電動機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)越多，步距角就越小，控制越精確。故步進電動機可以做成三相，也可以做成故步進電動機可以做成三相，也可以做成二相、四相、五相、六相或更二相、四相、五相、六相或更多相數(shù)。多相數(shù)。 34031360b 9 . 04052360b 17若步進電動機通電的脈沖頻率為若步進電動機通電的脈沖頻率為( (脈沖數(shù)脈沖數(shù)/ /秒秒) )，步距角用弧度表示，步距角用弧度表示，則則步進電動機的轉(zhuǎn)速步進電動機的轉(zhuǎn)速：由上式可知，由上式可知，步進電動機在一定脈沖頻率下，電動機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒步進電動機在一定脈沖頻率下，電動機的相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)

23、越多，轉(zhuǎn)速就越低。數(shù)越多，轉(zhuǎn)速就越低。而且相數(shù)越多，驅(qū)動電源也越復雜，成本也就而且相數(shù)越多，驅(qū)動電源也越復雜，成本也就越高。越高。18 步進電動機應用在機床上一般是通過減速器和絲桿螺母副帶動工步進電動機應用在機床上一般是通過減速器和絲桿螺母副帶動工作臺移動。所以，步距角作臺移動。所以，步距角對應工作臺的移動量便是工作臺的最小運對應工作臺的移動量便是工作臺的最小運動單位，也稱動單位，也稱脈沖當量脈沖當量（mm/mm/脈沖）：脈沖）： 式中式中 t t ：絲桿導程（：絲桿導程（mmmm）絲桿的導程就是絲杠旋轉(zhuǎn)一周所走的行絲桿的導程就是絲杠旋轉(zhuǎn)一周所走的行程，也有人叫螺距。程，也有人叫螺距。 b b

24、 ：步距角（：步距角（） i ：減速裝置傳動比：減速裝置傳動比 工作臺的進給速度工作臺的進給速度v(mm/min)v(mm/min)： v =60=60 it360b 19解：脈沖分配方式有兩種：解：脈沖分配方式有兩種： 根據(jù)根據(jù) ，其中，其中K=2,m=3,Z=40.K=2,m=3,Z=40. b b=360=360/(40/(402 23)=1.53)=1.5 根據(jù)根據(jù) n= , n= ,其中其中=600HZ=600HZ n=1.5 n=1.5* *600600* *60/360=150r/min60/360=150r/min 例例3-1.3-1.一臺三相反應式步進電動機，采用三相六拍分配

25、方式，轉(zhuǎn)子有一臺三相反應式步進電動機，采用三相六拍分配方式，轉(zhuǎn)子有4040個齒，脈沖頻率為個齒，脈沖頻率為600Hz600Hz，求：寫出一個循環(huán)的通電順序；求步進電動，求：寫出一個循環(huán)的通電順序；求步進電動機步距角；求步進電動機轉(zhuǎn)速。機步距角；求步進電動機轉(zhuǎn)速。z360KmKmb 齒齒距距拍拍數(shù)數(shù)齒齒距距 反應式步進電動機具有控制方便、步距小、價格低廉的優(yōu)點；具有帶反應式步進電動機具有控制方便、步距小、價格低廉的優(yōu)點；具有帶負載能力差、高速時易失步、斷電后無定位轉(zhuǎn)矩的缺點。負載能力差、高速時易失步、斷電后無定位轉(zhuǎn)矩的缺點。AABBBCCCA 或 AACCCBBBA602fb20（1 1）主要技

26、術(shù)指標與運行特性）主要技術(shù)指標與運行特性 1 1）步距角和靜態(tài)步距誤差）步距角和靜態(tài)步距誤差a.a.步距角步距角 步距角步距角: :也稱為步距。它的大小由下式（也稱為步距。它的大小由下式（3-23-2）決定。目前我國步）決定。目前我國步進電動機的步距角為進電動機的步距角為0.360.36至至9090。常用的為。常用的為7.57.5/15/15、3 3/6/6、1.51.5/3/3、0.90.9/1.8/1.8、0.750.75/1.5/1.5、0.60.6/1.2/1.2、0.360.36/0.72/0.72等幾種。等幾種。 若通電方式和系統(tǒng)的傳動比已初步確定，則若通電方式和系統(tǒng)的傳動比已初步

27、確定，則步距角步距角應滿足應滿足: : b biiminmin 5.5.步進電動機的主要技術(shù)指標與運行特性步進電動機的主要技術(shù)指標與運行特性z360KmKmb 齒齒距距拍拍數(shù)數(shù)齒齒距距 i 傳動比傳動比min負載軸要求的最小位移增量（即每個脈沖對應的負載軸要求的最小位移增量（即每個脈沖對應的最小最小角角位位移增量）移增量）（3-2）21 例如，所用絲杠螺距為例如，所用絲杠螺距為12.7mm,12.7mm,線性增量為線性增量為0.529mm/0.529mm/每步每步( () )（取決于（取決于運動精度）運動精度），所需電動機步距為角：，所需電動機步距為角：步距腳步距腳b b也可用也可用分辨率分辨

28、率b bs s來表示：來表示：bs=360/ b（步（步/轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)） 當步進電機拖動的機械作直線運動時，用絲杠作運動轉(zhuǎn)換器，步進電當步進電機拖動的機械作直線運動時，用絲杠作運動轉(zhuǎn)換器，步進電機的步距角可按以下公式計算：機的步距角可按以下公式計算：t/tb 360360 直線增量運動當量（直線增量運動當量（mm/mm/每步）每步） t t絲杠螺距（絲杠螺距（mmmm/ /周周）157 .12529. 0360 b 可知，可知，360360/15/15=24=24，需要一臺每轉(zhuǎn)需要一臺每轉(zhuǎn)2424步的步進電機。步的步進電機。22 b.b.靜態(tài)步距誤差靜態(tài)步距誤差 靜態(tài)步距角誤差靜態(tài)步距角誤差: :從

29、理論上講，每一個脈沖信號應使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過從理論上講，每一個脈沖信號應使電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過相同的步距角。但實際上，由于定、轉(zhuǎn)子的相同的步距角。但實際上，由于定、轉(zhuǎn)子的齒距分布不均勻齒距分布不均勻，定、轉(zhuǎn)子之定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙不均勻間的氣隙不均勻或或鐵心分段時的錯位誤差鐵心分段時的錯位誤差等，實際步距角與理論步距角之等，實際步距角與理論步距角之間會存在偏差，這個偏差稱為間會存在偏差，這個偏差稱為靜態(tài)步距角誤差靜態(tài)步距角誤差。 步距精度步距精度b b應滿足應滿足: :)(Lbi L L絲杠傳動精度絲杠傳動精度23 步進電動機的靜特性，是指步進電動機在穩(wěn)定狀態(tài)（即步進電動機不步進電動機的靜特性，是指步進

30、電動機在穩(wěn)定狀態(tài)（即步進電動機不改變通電情況的運行狀態(tài)）時的特性，包括改變通電情況的運行狀態(tài)）時的特性，包括靜轉(zhuǎn)矩、矩角特性靜轉(zhuǎn)矩、矩角特性及及靜態(tài)穩(wěn)定靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)區(qū)。靜轉(zhuǎn)矩靜轉(zhuǎn)矩：指步進電動機處于穩(wěn)定狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩。它是：指步進電動機處于穩(wěn)定狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩。它是繞組內(nèi)電流繞組內(nèi)電流和和失調(diào)角失調(diào)角的函數(shù)。的函數(shù)。 在穩(wěn)定狀態(tài)下，如果在轉(zhuǎn)子軸上加一負載轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度在穩(wěn)定狀態(tài)下，如果在轉(zhuǎn)子軸上加一負載轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，并能穩(wěn)定下來，這時轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相等，該電磁轉(zhuǎn)矩即并能穩(wěn)定下來，這時轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相等，該電磁轉(zhuǎn)矩即為為靜轉(zhuǎn)矩靜轉(zhuǎn)矩，而，而角度角度即

31、為失調(diào)角（或：即為失調(diào)角（或：電機定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的電機定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角叫做失調(diào)角夾角叫做失調(diào)角）。 對應于某個失調(diào)角時，靜轉(zhuǎn)矩最大，稱為對應于某個失調(diào)角時，靜轉(zhuǎn)矩最大，稱為最大靜轉(zhuǎn)矩最大靜轉(zhuǎn)矩T Tjmaxjmax?？蓮木亟??？蓮木亟翘匦陨戏从程匦陨戏从砊 Tjmaxjmax，如圖，如圖3-43-4所示，當失調(diào)角所示，當失調(diào)角=90=90時，將有最大靜轉(zhuǎn)矩。時，將有最大靜轉(zhuǎn)矩。2 2）最大靜轉(zhuǎn)矩）最大靜轉(zhuǎn)矩24靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角之間的特性曲線，叫做矩角特性靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角之間的特性曲線，叫做矩角特性： T = -C sin 由此我們可以發(fā)現(xiàn)步進電動機的工作過程就是實現(xiàn)失調(diào)角為

32、零的過程。由此我們可以發(fā)現(xiàn)步進電動機的工作過程就是實現(xiàn)失調(diào)角為零的過程。25多相通電時的矩角特性多相通電時的矩角特性和和最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩：按照疊加原理，根按照疊加原理，根據(jù)各相通電時的矩角特性疊加起來求出。例如三相步進電動據(jù)各相通電時的矩角特性疊加起來求出。例如三相步進電動機常用機常用單單- -雙雙相通電的方式。當兩相通電時，由于正弦量可相通電的方式。當兩相通電時，由于正弦量可以用相量相加的方法求和，因此兩相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩以用相量相加的方法求和，因此兩相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩可用相量圖求取。用相量可用相量圖求取。用相量TA和和TB分別表示分別表示A相和相和B相單獨通相單獨通電時的最

33、大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，兩相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩兩相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩TAB為：為： mcosTTmaxAB 2 式中式中，Tmax=TA=TB26從上式可知，對于從上式可知，對于三相三相步進電動機，步進電動機，TAB=TA=TB，即兩相通電時的最大靜，即兩相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值與單相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值相等。此時三相步進電動機不能態(tài)轉(zhuǎn)矩值與單相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩值相等。此時三相步進電動機不能靠提高通電相數(shù)來提高轉(zhuǎn)矩?？刻岣咄娤鄶?shù)來提高轉(zhuǎn)矩。五相步進電動機五相步進電動機三相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩三相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩: :由于采用了由于采用了2-32-3相通電方式，相通電方式

34、，最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩提高了最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩提高了，而且矩角特性形狀相同，而且矩角特性形狀相同，對步進電動機運行穩(wěn)定性有利。對步進電動機運行穩(wěn)定性有利。 maxABCTmcosT 221mcosTTmaxAB 2 使用步進電機時，一般電動機軸上的使用步進電機時，一般電動機軸上的負載轉(zhuǎn)矩負載轉(zhuǎn)矩TL=(0.30.5)Tmax，啟動轉(zhuǎn)矩啟動轉(zhuǎn)矩Ts總是小于最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩總是小于最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Tjmax。27T0圖圖3-5 3-5 矩頻特性矩頻特性 /Hz 當步進電動機的控制繞組的當步進電動機的控制繞組的電脈沖電脈沖時間間隔時間間隔小于電機小于電機機電過渡過程所機電過渡過程所需的時間時需的時間時，步進電動機進入連續(xù)

35、，步進電動機進入連續(xù)運行狀態(tài)，這時電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩運行狀態(tài)，這時電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩動態(tài)轉(zhuǎn)矩。 步進電動機的步進電動機的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩和和脈沖脈沖頻率頻率的關(guān)系，即的關(guān)系，即Tdm=F()，稱為，稱為矩頻矩頻特性特性，如圖，如圖3-53-5所示。所示。 即，步進電動機的即，步進電動機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨著脈動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨著脈沖頻率的升高而降低沖頻率的升高而降低。 3 3）矩頻特性）矩頻特性什么是矩頻特性？什么是矩頻特性？28步進電動機的控制繞組是步進電動機的控制繞組是感性感性元件，其電流按指數(shù)函數(shù)增長。元件，其電流按指數(shù)函數(shù)增長。 當電脈沖頻率低時，電流可以達到穩(wěn)定值，如圖當電脈沖頻

36、率低時，電流可以達到穩(wěn)定值，如圖3-6a3-6a所示。所示。 隨著頻率升高，達到穩(wěn)定值的時間縮短，如圖隨著頻率升高，達到穩(wěn)定值的時間縮短，如圖3-6b3-6b所示。所示。 當頻率高到一定值時，電流就達不到穩(wěn)定值，如圖當頻率高到一定值時，電流就達不到穩(wěn)定值，如圖3-6c3-6c所示，所示，故電故電動機的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩小于最大靜轉(zhuǎn)矩動機的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩小于最大靜轉(zhuǎn)矩，而且脈沖頻率越高，動態(tài)轉(zhuǎn)矩也，而且脈沖頻率越高，動態(tài)轉(zhuǎn)矩也就越小。對于某一頻率。只有當負載轉(zhuǎn)矩小于它在該頻率時的最大動態(tài)就越小。對于某一頻率。只有當負載轉(zhuǎn)矩小于它在該頻率時的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩，電動機才能正常運轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)矩，電動機才能正常運轉(zhuǎn)。（a

37、） (b) (c)圖圖3-6 3-6 不同頻率時的控制繞組中電流波形不同頻率時的控制繞組中電流波形矩頻特性有什么特點？矩頻特性有什么特點？29 為了提高步進電動機的矩頻特性，必須設(shè)法減小控制繞組的電氣時間常數(shù)為了提高步進電動機的矩頻特性，必須設(shè)法減小控制繞組的電氣時間常數(shù)（=L/R=L/R），為此要），為此要：盡量減小它的電感，使控制繞組匝數(shù)減少盡量減小它的電感，使控制繞組匝數(shù)減少，所以步進電動機控制繞組的電流一，所以步進電動機控制繞組的電流一般都比較大。般都比較大。有時也在控制繞組回路中有時也在控制繞組回路中串接一個較大的附加電阻串接一個較大的附加電阻，以降低回路電氣時間常數(shù)以降低回路電氣時

38、間常數(shù)，但這樣就增加了在附加電阻上功率損耗，導致步進電動機及系統(tǒng)效率降低。但這樣就增加了在附加電阻上功率損耗，導致步進電動機及系統(tǒng)效率降低。也也可以采用雙電源供電可以采用雙電源供電，即在控制繞組電流的上升階段由高壓電源供電，以縮，即在控制繞組電流的上升階段由高壓電源供電，以縮短達到穩(wěn)定值的時間，然后再改為低壓電源供電以維持其電流值，這樣可大大短達到穩(wěn)定值的時間，然后再改為低壓電源供電以維持其電流值，這樣可大大提高步進電動機的矩頻特性。提高步進電動機的矩頻特性。 怎樣提高矩頻特性？怎樣提高矩頻特性？30 步進電動機的工作頻率一般包括步進電動機的工作頻率一般包括啟動頻率啟動頻率、制動頻率制動頻率和

39、和連連續(xù)運行頻率續(xù)運行頻率。（對同樣的負載轉(zhuǎn)矩來說，正、反向的啟動。（對同樣的負載轉(zhuǎn)矩來說，正、反向的啟動頻率和制動頻率是一樣的，所以一般技術(shù)數(shù)據(jù)中只給出啟頻率和制動頻率是一樣的，所以一般技術(shù)數(shù)據(jù)中只給出啟動頻率和連續(xù)運行頻率。）動頻率和連續(xù)運行頻率。） 步進電動機的啟動頻率步進電動機的啟動頻率stst是指在一定負載轉(zhuǎn)矩下能夠不是指在一定負載轉(zhuǎn)矩下能夠不失步地啟動的最高脈沖頻率。失步地啟動的最高脈沖頻率。stst的大小與驅(qū)動電路和負的大小與驅(qū)動電路和負載大小有關(guān)。步距角載大小有關(guān)。步距角b b越小，負載（包括負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)越小，負載（包括負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動慣量）越小，則啟動頻率越高。動慣量）越小，則

40、啟動頻率越高。 4 4）啟動頻率和連續(xù)運行頻率）啟動頻率和連續(xù)運行頻率31 步進電動機的連續(xù)運行頻率步進電動機的連續(xù)運行頻率c c：是指步進電動機啟動后，是指步進電動機啟動后，當控制脈沖頻率連續(xù)上升時，能不失步運行的最高頻率。當控制脈沖頻率連續(xù)上升時，能不失步運行的最高頻率。它的值也與負載有關(guān)。它的值也與負載有關(guān)。 步進電動機的運行頻率比啟動頻率高得多步進電動機的運行頻率比啟動頻率高得多，這是因為，這是因為在啟動時除了要克服負載轉(zhuǎn)矩外，還要克服軸上的慣性轉(zhuǎn)在啟動時除了要克服負載轉(zhuǎn)矩外，還要克服軸上的慣性轉(zhuǎn)矩。啟動時轉(zhuǎn)子的角加速度大，它的負擔要比連續(xù)運轉(zhuǎn)時矩。啟動時轉(zhuǎn)子的角加速度大，它的負擔要比

41、連續(xù)運轉(zhuǎn)時重。所以啟動時，脈沖頻率不宜過高。啟動以后，再逐漸重。所以啟動時，脈沖頻率不宜過高。啟動以后，再逐漸升高脈沖頻率。升高脈沖頻率。32步進電動機的型號表示方法舉例如下（不同生產(chǎn)廠家其表示方法步進電動機的型號表示方法舉例如下（不同生產(chǎn)廠家其表示方法也有所不同）也有所不同）反應式步進電動機反應式步進電動機: :（如（如150150BF/BCBF/BC003003）混合式步進電動機混合式步進電動機: :（如（如4242BYGBYG008008）永磁式步進電動機永磁式步進電動機: :勵磁繞組相數(shù)或代號永磁式步進電動機 BY 電動機外徑（mm）勵磁繞組相數(shù)或代號混合式（永磁感應式）步進電動機 B

42、YG 電動機外徑（mm）勵磁繞組相數(shù)或代號反應式步進電動機 BF 電動機外徑（mm）5 5）步進電動機技術(shù)指標實例）步進電動機技術(shù)指標實例339090 - - BYG BYG - - 2 2 - - 50 50 - - A A機座號機座號 混合式混合式 相數(shù)相數(shù) 轉(zhuǎn)子齒數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù) 派生代號派生代號（外徑）（外徑）mmmm 步進電動機步進電動機 34 混合式步進電機（混合式步進電機（兼有永磁式和反應式兩種兼有永磁式和反應式兩種步進電機的特點步進電機的特點）。）。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子由圓周上均勻分布一定由圓周上均勻分布一定數(shù)量小齒的兩段齒片組成，這兩段齒片相互數(shù)量小齒的兩段齒片組成，這兩段齒片相互錯開錯開半個

43、齒距半個齒距，兩塊齒片之間夾有一個軸向充磁的環(huán)，兩塊齒片之間夾有一個軸向充磁的環(huán)形永久磁鋼形永久磁鋼( (如圖如圖3-43-4所示所示) )。這樣，與。這樣，與N N極磁鋼相極磁鋼相連的那段轉(zhuǎn)子整個呈連的那段轉(zhuǎn)子整個呈N N極，另一端與極，另一端與S S極磁鋼相連，極磁鋼相連，呈呈S S極，產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。極，產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。35 步進電動機的振蕩和失步是一種普遍存在的現(xiàn)象，它步進電動機的振蕩和失步是一種普遍存在的現(xiàn)象，它影響系統(tǒng)的正常運行，因此要盡力避免。影響系統(tǒng)的正常運行，因此要盡力避免。失步失步包括包括丟步丟步和和越越步步。丟步時指轉(zhuǎn)子前進的步距數(shù)小于脈沖數(shù)；越步是指

44、轉(zhuǎn)子。丟步時指轉(zhuǎn)子前進的步距數(shù)小于脈沖數(shù)；越步是指轉(zhuǎn)子前進的步距數(shù)多于脈沖數(shù)。丟步嚴重時，轉(zhuǎn)子將停留在一個前進的步距數(shù)多于脈沖數(shù)。丟步嚴重時，轉(zhuǎn)子將停留在一個位置上或圍繞一個位置振動。位置上或圍繞一個位置振動。（a a）振蕩）振蕩 步進電動機的振蕩現(xiàn)象主要發(fā)生于：步進電動機的振蕩現(xiàn)象主要發(fā)生于：（2 2）步進電動機的振蕩、失步及解決方法）步進電動機的振蕩、失步及解決方法 步進電動機工作在低頻區(qū)；步進電動機工作在低頻區(qū)； 步進電動機工作在共振區(qū)；步進電動機工作在共振區(qū)； 步進電機突然停車時。步進電機突然停車時。36當步進電機工作在低頻區(qū)時當步進電機工作在低頻區(qū)時，由于勵磁脈沖間隔的時間較長，步進

45、電，由于勵磁脈沖間隔的時間較長，步進電機表現(xiàn)為單步運行。機表現(xiàn)為單步運行。 當勵磁開始時，轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下加速轉(zhuǎn)動。在到達平衡點當勵磁開始時，轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下加速轉(zhuǎn)動。在到達平衡點時，電磁驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為零，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速最大，由于慣性，轉(zhuǎn)子沖過平時，電磁驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為零，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速最大，由于慣性，轉(zhuǎn)子沖過平衡點。這時電磁力產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子在負轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速逐漸為衡點。這時電磁力產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子在負轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速逐漸為零，并開始反向轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)過平衡點后，電磁力又產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，零，并開始反向轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)過平衡點后，電磁力又產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，迫使轉(zhuǎn)子又正向轉(zhuǎn)動，形成轉(zhuǎn)子圍繞平衡點的振蕩。由

46、于有機械摩擦迫使轉(zhuǎn)子又正向轉(zhuǎn)動，形成轉(zhuǎn)子圍繞平衡點的振蕩。由于有機械摩擦和電磁阻尼的作用，這個振蕩表現(xiàn)為衰減振蕩，最終穩(wěn)定在平衡點。和電磁阻尼的作用，這個振蕩表現(xiàn)為衰減振蕩，最終穩(wěn)定在平衡點。 37當步進電機工作在共振區(qū)時，當步進電機工作在共振區(qū)時，步進電機的步進電機的控制脈沖頻率控制脈沖頻率接近接近步進電機步進電機的固有頻率的固有頻率 ( (振蕩頻率振蕩頻率) )或或固有頻率的分頻或倍頻固有頻率的分頻或倍頻，這會使振蕩加劇，這會使振蕩加劇，嚴重時造成失步。步進電動機的嚴重時造成失步。步進電動機的固有頻率固有頻率( (振蕩頻率振蕩頻率) ) 可由下式求出：可由下式求出： 振蕩失步的過程振蕩失步

47、的過程可描述如下：在第一個脈沖到來后，轉(zhuǎn)子經(jīng)歷了可描述如下：在第一個脈沖到來后，轉(zhuǎn)子經(jīng)歷了一次振蕩。當轉(zhuǎn)子回擺到最大幅值時，恰好第二個脈沖到來，轉(zhuǎn)子受一次振蕩。當轉(zhuǎn)子回擺到最大幅值時，恰好第二個脈沖到來，轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩為負值，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)回擺。接著第三個脈沖到來，轉(zhuǎn)子到的電磁轉(zhuǎn)矩為負值，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)回擺。接著第三個脈沖到來，轉(zhuǎn)子受正電磁轉(zhuǎn)矩的作用回到平衡點。這樣，轉(zhuǎn)子經(jīng)過三個脈沖仍然回到受正電磁轉(zhuǎn)矩的作用回到平衡點。這樣，轉(zhuǎn)子經(jīng)過三個脈沖仍然回到原來位置，也就是丟了三步。原來位置，也就是丟了三步。 JZTfmax021 JJ轉(zhuǎn)動慣量；轉(zhuǎn)動慣量；ZZ轉(zhuǎn)子齒數(shù)；轉(zhuǎn)子齒數(shù)；TmaxTmax最大轉(zhuǎn)矩。

48、最大轉(zhuǎn)矩。38當步進電機工作在高頻區(qū)時當步進電機工作在高頻區(qū)時，由于換相周期短，轉(zhuǎn)子來不及反沖。同，由于換相周期短，轉(zhuǎn)子來不及反沖。同時繞組中的電流尚未上升到穩(wěn)定值，轉(zhuǎn)子沒有獲得足夠的能量，所以時繞組中的電流尚未上升到穩(wěn)定值，轉(zhuǎn)子沒有獲得足夠的能量，所以在這個工作區(qū)中不會產(chǎn)生振蕩。減小步距角可以減小振蕩幅值，以達在這個工作區(qū)中不會產(chǎn)生振蕩。減小步距角可以減小振蕩幅值，以達到削弱振蕩的目的。到削弱振蕩的目的。（b b）失步）失步步進電動機的失步原因有兩種：步進電動機的失步原因有兩種：第一種是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速慢于換相速度第一種是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速慢于換相速度。例如，步進電動機在啟動時，如。例如，步進電動機在啟動

49、時，如果果脈沖的頻率較高脈沖的頻率較高，由于電動機來不及獲得足夠的能量，使其無法令，由于電動機來不及獲得足夠的能量，使其無法令轉(zhuǎn)子跟上旋轉(zhuǎn)磁場的速度，所以引起失步。因此步進電動機有一個啟轉(zhuǎn)子跟上旋轉(zhuǎn)磁場的速度，所以引起失步。因此步進電動機有一個啟動頻率，超過啟動頻率啟動時，肯定會產(chǎn)生失步。（注意，啟動頻率動頻率，超過啟動頻率啟動時，肯定會產(chǎn)生失步。（注意，啟動頻率不是一個固定值，提高電動機的轉(zhuǎn)矩、減小電動機轉(zhuǎn)動慣量、減小步不是一個固定值，提高電動機的轉(zhuǎn)矩、減小電動機轉(zhuǎn)動慣量、減小步距角都可以提高步進電動機的啟動頻率）距角都可以提高步進電動機的啟動頻率）第二種是轉(zhuǎn)子的平均速度大于旋轉(zhuǎn)磁場的速度第

50、二種是轉(zhuǎn)子的平均速度大于旋轉(zhuǎn)磁場的速度。這主要發(fā)生在制動和。這主要發(fā)生在制動和突然換相時，轉(zhuǎn)子獲得過多的能量，產(chǎn)生嚴重的過沖，引起失步。突然換相時，轉(zhuǎn)子獲得過多的能量，產(chǎn)生嚴重的過沖，引起失步。 39 消除振蕩是通過增加阻尼的方法來實現(xiàn)的，主要有機械阻尼消除振蕩是通過增加阻尼的方法來實現(xiàn)的，主要有機械阻尼法和電子阻尼法兩大類。法和電子阻尼法兩大類。機械阻尼法比較單一，就是在電動機軸上加阻尼器；機械阻尼法比較單一，就是在電動機軸上加阻尼器；電子阻尼法有多種，主要有：多相勵磁法、變頻變壓法、細分步電子阻尼法有多種，主要有：多相勵磁法、變頻變壓法、細分步法、反相阻尼法等。法、反相阻尼法等。（c c）

51、阻尼方法）阻尼方法40步進電動機的運行特性，不僅與步進電動機本身步進電動機的運行特性，不僅與步進電動機本身的特性和負載有關(guān)，而且與配套使用的驅(qū)動電源的特性和負載有關(guān)，而且與配套使用的驅(qū)動電源（即驅(qū)動電路）有著十分密切的關(guān)系。（即驅(qū)動電路）有著十分密切的關(guān)系。驅(qū)動電源按供電方式分類，驅(qū)動電源按供電方式分類，有有：單電壓供電、雙單電壓供電、雙電壓供電、調(diào)頻調(diào)壓供電電壓供電、調(diào)頻調(diào)壓供電；按功率驅(qū)動部分所用；按功率驅(qū)動部分所用元件分類，有元件分類，有大功率晶體管驅(qū)動、快速晶閘管驅(qū)大功率晶體管驅(qū)動、快速晶閘管驅(qū)動、可關(guān)斷晶閘管驅(qū)動、混合驅(qū)動。動、可關(guān)斷晶閘管驅(qū)動、混合驅(qū)動。圖圖3-73-7為步進電動機

52、驅(qū)動系統(tǒng)原理圖。為步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)原理圖。 三、步進電動機的驅(qū)動方法三、步進電動機的驅(qū)動方法41先介紹一個先介紹一個驅(qū)動器：德驅(qū)動器：德國百格拉國百格拉 WD3-007WD3-007信號接口：信號接口：PULSE+PULSE+ 電機輸入控制脈沖信號；電機輸入控制脈沖信號； DIR+DIR+ 電機轉(zhuǎn)動方向控制信號；電機轉(zhuǎn)動方向控制信號； RESET+RESET+ 復位信號，用于封鎖輸入信號；復位信號，用于封鎖輸入信號； READY+READY+ 報警信號；報警信號； PULSE-PULSE-、DIR-DIR-、RESET-RESET-和和READY-READY-短接公共地；短接公共地；狀態(tài)指示

53、：狀態(tài)指示：RDYRDY 燈亮表示驅(qū)動器正常工作；燈亮表示驅(qū)動器正常工作； TEMPTEMP 燈亮表示驅(qū)動器超溫；燈亮表示驅(qū)動器超溫； FLTFLT 燈亮表示驅(qū)動器故障；燈亮表示驅(qū)動器故障；功能選擇：功能選擇：MOT.CURRMOT.CURR 設(shè)置電機相電流；設(shè)置電機相電流； STEP1STEP1、STEP2STEP2 設(shè)置電機每轉(zhuǎn)的步數(shù)；設(shè)置電機每轉(zhuǎn)的步數(shù)； CURR.RED CURR.RED 設(shè)定半流功能設(shè)定半流功能 PULSE.SYSPULSE.SYS 可設(shè)置成可設(shè)置成“脈沖和方向脈沖和方向”控制方式；控制方式； 也可以設(shè)置成也可以設(shè)置成“正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)”控制方式；控制方式；功率接

54、口：功率接口：DC+DC+和和DC-DC-接制動電容；接制動電容； U U、V V、W W 接電機動力線，接電機動力線，PEPE是地；是地； L L、N N、PEPE 接接驅(qū)動器電源驅(qū)動器電源，電源電壓是電源電壓是220VAC220VAC輸輸入時，最大電流是入時，最大電流是3A3A。電源線橫截面。電源線橫截面1.51.5平方毫米，盡量平方毫米，盡量短。驅(qū)動器的短。驅(qū)動器的L L端和端和N N端接供電電源，同時要串接一個端接供電電源，同時要串接一個6.3A6.3A保保險絲；險絲；PEPE為接地。為接地。S T E P 1O N 1 2 3 4P U L E S . S Y SC U R R .

55、R E DS T E P 2PACERWW D 3 - 0 0 7P ENLP EUVD C -D C +R E A D Y -R E A D Y +R E S E T -R E S E T +D I R - / C C W -D I R + / C C W +P U L S E - / C W -P U L S E + / C W +M O T . C U R RF L TT E M PR D YC40FED2138A9B76543PULSE：脈沖信號輸入端，每一個脈沖的上升沿使電機轉(zhuǎn)動一步。脈沖信號輸入端，每一個脈沖的上升沿使電機轉(zhuǎn)動一步。DIR：方向信號輸入端，如方向信號輸入端，如“DI

56、R”為低電平，電機按順時針方向旋轉(zhuǎn)；為低電平，電機按順時針方向旋轉(zhuǎn)； “DIR”為高電平電機按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。為高電平電機按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。CW：正轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機正向轉(zhuǎn)動一步。正轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機正向轉(zhuǎn)動一步。CCW：反轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機反向轉(zhuǎn)動一步。反轉(zhuǎn)信號，每個脈沖使電機反向轉(zhuǎn)動一步。RESET：復位信號，如復位信號為復位信號，如復位信號為低電平時低電平時,輸入脈沖信號起作用輸入脈沖信號起作用，如果，如果復位信號為復位信號為高電平時就禁止任何有效的脈沖高電平時就禁止任何有效的脈沖，輸入信號無效輸入信號無效，電機無保，電機無保持扭矩。持扭矩。READY: 輸入報警信號：輸入報

57、警信號：READY是繼電器開關(guān)，當驅(qū)動器正常工作時繼是繼電器開關(guān)，當驅(qū)動器正常工作時繼電器閉合，當驅(qū)動器工作異常時繼電器斷開。繼電器允許最高輸入電壓電器閉合，當驅(qū)動器工作異常時繼電器斷開。繼電器允許最高輸入電壓和電流是：和電流是：35VDC，10mAI200mA，電阻性負載。如用該繼電器，要，電阻性負載。如用該繼電器，要把他串聯(lián)到把他串聯(lián)到CNC的某輸入端。當驅(qū)動器正常工作時繼電器閉合，外部的某輸入端。當驅(qū)動器正常工作時繼電器閉合，外部24VDC通過繼電器輸入到通過繼電器輸入到CNC輸入端，否則外部輸入端，否則外部24VDC無法輸入到無法輸入到CNC輸入端。輸入端。注意：注意：PULSE與與C

58、W，PULSE與與CW，DIR與與CCW，DIR與與CCW對應同一個接口，按控制方式不同給出兩種定義名稱；可以對應同一個接口，按控制方式不同給出兩種定義名稱；可以用兩相脈沖輸出（用兩相脈沖輸出（CW/CCW）方式進行控制，也可以用（）方式進行控制，也可以用（PULSE+DIR）方式控制。方式控制。 44脈沖、方向信號時序圖脈沖、方向信號時序圖3A3B3AsteprightleftPULES：DIR：221脈寬定義：脈寬和脈沖間隔 2.5us；占 空 比：可選用任意占空比的脈沖；輸入信號：采用光耦隔離；切換時間：轉(zhuǎn)動方向的切換時間 0us；1-Hold time 2.5us2-Setup tim

59、e 0us3A-Minimum pulse width 2.5us3B-Minimum pulse pause 2.5us上位機的控制信號可以高電平有效，也可以低電平有效。當高有效時，上位機的控制信號可以高電平有效，也可以低電平有效。當高有效時，把所有控制信號的負端連在一起作為信號地，低有效時，把所有控制把所有控制信號的負端連在一起作為信號地，低有效時，把所有控制信號的正端連在一起作為信號公共端。信號的正端連在一起作為信號公共端。45MOT.CURRMOT.CURR：設(shè)置輸出相電流：設(shè)置輸出相電流位置位置2 23 34 45 56 67 78 89 9A AB BC CD DE EF F電流電

60、流1.02.02.52.5STEP1STEP1、STEP2STEP2：設(shè)置電機每轉(zhuǎn)步數(shù)：設(shè)置電機每轉(zhuǎn)步數(shù)驅(qū)動器驅(qū)動器WD3-007WD3-007可將電機的步數(shù)分別設(shè)置為可將電機的步數(shù)分別設(shè)置為500500、10001000、50005000、1000010000步。用戶可以通過驅(qū)動器正面板上的兩個撥碼開關(guān)步。用戶可以通過驅(qū)動器正面板上的兩個撥碼開關(guān)STEP1STEP1、STEP2STEP2設(shè)置電機的步數(shù)如下表：設(shè)置電機的步數(shù)如下表：STEP1STEP1