1、11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第1页11.3 11.3 步进电动机步进电动机 步进电动机（脉冲电动机）步进电动机（脉冲电动机）-将脉冲电信号变换为相应将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移的电机，即的角位移或直线位移的电机，即给一个脉冲电信号，电动机给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步就转动一个角度或前进一步，角位移与脉冲数成正比，转速角位移与脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比与脉冲频率成正比，转向与各相绕组的通电方式有关转向与各相绕组的通电方式有关。特点：特点：在负载能力范围内在负载能力范围内不因电源电压不因电源电压、负载大小负载大小、环环境
2、条件境条件的波动而变化的波动而变化；适用适用开环系统开环系统中作执行元件，使控制中作执行元件，使控制系统大为简化系统大为简化；步进电动机可在很宽的范围内通过改变脉冲步进电动机可在很宽的范围内通过改变脉冲频率调速；能够频率调速；能够快速启动、反转和制动快速启动、反转和制动。很适合微型机控制，。很适合微型机控制，是数字控制系统中的一种执行元件。是数字控制系统中的一种执行元件。11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第2页 应用应用：数控机床、绘图机、数控机床、绘图机、轧钢机、记录仪等方面。轧钢机、记录仪等方面。基本要求：基本要求：(1)(1)能迅速启动、正反转、停转，在很
3、宽的能迅速启动、正反转、停转，在很宽的范围内调速；范围内调速；(2)(2)要求一个脉冲对应的位移量小，步距小精要求一个脉冲对应的位移量小，步距小精度高，不得丢步或越步；度高，不得丢步或越步；(3)(3)输出转矩大，直接带负载。输出转矩大，直接带负载。分类：分类：按励磁方式分为按励磁方式分为反应式反应式、永磁式和感应子式。永磁式和感应子式。反应式步进电动机用得多，反应式步进电动机用得多，结构简单，结构简单，故着重讲述。故着重讲述。11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第3页 1 1、结构、结构 定子定子铁心由硅钢片叠成，铁心由硅钢片叠成，定子有定子有8 8个磁极个磁极
4、(大齿大齿)，磁极，磁极上有小齿。有上有小齿。有4 4套定子控制绕套定子控制绕组，绕在径向相对的磁极上组，绕在径向相对的磁极上的绕组为一相。的绕组为一相。转子转子由叠片由叠片铁心构成，沿圆周有很多小铁心构成，沿圆周有很多小齿。定子磁极和转子上小齿齿。定子磁极和转子上小齿的齿距必须相等。的齿距必须相等。四相反应式步进电动机四相反应式步进电动机11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第4页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第5页三三相相单单三三拍拍运运行行11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第6页11.3 11
5、.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第7页三相六拍运行三相六拍运行(1)(1)(a)A (a)A相通电；相通电；(b)A(b)A、B B相通电；相通电；11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第8页三相六拍运行三相六拍运行(2)(2)(c)B(c)B相通电；相通电；(d)B(d)B、C C相通电相通电11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第9页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第10页A A相通电时定、相通电时定、转子齿的相对位置转子齿的相对位置A A、B B两相通电时定、两相通电时定、转子齿
6、的相对位置转子齿的相对位置11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第11页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第12页控制方框图控制方框图三相双三拍三相双三拍运行各相控运行各相控制电压波形制电压波形电电路路图图11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第13页RtZ360NZNRtb360Z ZR R为转子齿数，为转子齿数，N N为运行拍数为运行拍数11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第14页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第15页min)/(60rN
7、ZfnR f f为控制脉冲的频率，转速取决于为控制脉冲的频率，转速取决于脉冲频率脉冲频率、转子齿数和拍数，而与转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关。电压、负载、温度等因素无关。11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第16页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第17页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第18页 失调角失调角e-定子齿轴线与转子齿轴定子齿轴线与转子齿轴线之间的夹角线之间的夹角 e e表示为电角度。表示为电角度。齿距角齿距角 t t-一个齿距对应的电角度一个齿距对应的电角度则则 tet
8、e=2=2。11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第19页定、转子间的作用力定、转子间的作用力稳定平衡稳定平衡-当当 e e=0=0转子齿轴线和定子齿轴线重合，转子齿轴线和定子齿轴线重合，T T=0=0。位位置静态转矩置静态转矩-转子偏离转过某一角度时，定、转子齿之间的转子偏离转过某一角度时，定、转子齿之间的吸力有了切向分量，而形成转矩吸力有了切向分量，而形成转矩T T。11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第20页步进电动机的矩角特性步进电动机的矩角特性 矩角特性矩角特性-步进机步进机产生的静态转矩产生的静态转矩T T随失调角随失调角
9、e e的变的变化规律，即化规律，即T T=f f(e e)曲线。曲线。其其形态近似正弦曲线形态近似正弦曲线。静稳定区静稳定区最大静转矩最大静转矩11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第21页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第22页三相步进电动机两相通电时的转矩三相步进电动机两相通电时的转矩 (a)(a)矩角特性；矩角特性；(b)(b)转矩向量图转矩向量图11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第23页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第24页空载时步进电动机的单步运行空载时步
10、进电动机的单步运行 11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第25页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第26页负载时步进电动机的单步运行负载时步进电动机的单步运行11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第27页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第28页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第29页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第30页运行矩频特性运行矩频特性11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月2
11、8日日第31页驱动电源方框图驱动电源方框图11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第32页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第33页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第34页 方法是方法是增加多相绕增加多相绕组同时导电的时间，组同时导电的时间，同时控制各项绕组中同时控制各项绕组中电流的大小（一般为电流的大小（一般为阶梯波），不同空间阶梯波），不同空间位置的不同合成磁势，位置的不同合成磁势，转的步距变小。可采转的步距变小。可采用微处理器斩波恒流用微处理器斩波恒流细分驱动电路。细分驱动电路。11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第35页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第36页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第37页11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第38页思考题与习题思考题与习题11.3 11.3 步进电动机步进电动机2023年年1月月28日日第39页
