1、思考題與習題1步進電動機是數字控制系統中的一種執行元件，其功用是將 _變換為相應的角位移或直線位移。（）A .直流電信號B.交流電信號C.計算機信號D.脈沖電信號2. 在步進電機的步距角一定的情況下，步進電機的轉速與 _成正比。3. 步進電動機與一般旋轉電動機有什么不同？步進電動機有哪幾種？4. 試以三相單三拍反應式步進電動機為例說明步進電動機的工作原理.為什么步進電動機 有兩種步距角？5. 步進電動機常用于_系統中作執行元件，以有利于簡化控制系統。（）A.高精度B.高速度C.開環D.閉環6. 步進電動機的角位移量或線位移量與輸入脈沖數成 _ _ _。7. 步進電動機的輸出特性是（）A.輸出電

2、壓與轉速成正比B.輸出電壓與轉角成正比C.轉速與脈沖量成正比D.轉速與脈沖頻率成正比8. 如何控制步進電動機輸出的角位移、轉速或線速度？9. 反應式步進電動機與永磁式及感應式步進電動機在作用原理方面有什么共同點和差異？ 步進電動機與同步電動機有什么共同點和差異？10. 一臺反應式步進電動機步距角為0.9/1.8，問（1）這是什么意思？（ 2）轉子齒數是多 少？11采用雙拍制的步進電動機步距角與采用單拍制相比（）A .減小一半B.相同C.增大一半D.增大一倍12. 有一四相八極反應式步進電機，其技術數據中有步距角為1.8 /0.9，則該電機轉子齒數為（）A.75B.100C.50D.不能確定13

3、. 一臺三相反應式步進電動機，采用三相六拍運行方式，在脈沖頻率f為400Hz時，其轉 速n為100r/min，試計算其轉子齒數 ZR和步距角 綣。若脈沖頻率不變，采用三相三拍運行 方式，其轉速n1和步距角$1又為多少？14. 一臺三相反應式步進電動機，其轉子齒數ZR為40，分配方式為三相六拍，脈沖頻率1為600Hz，要求：（1）寫出步進電動機順時針和逆時針旋轉時各相繞組的通電順序；（2 ）求步進電動機的步距角弘;（3）求步進電動機的轉速 n。15.有一脈沖電源，通過環形分配器將脈沖分配給五相十拍通電的步進電機定子繞組，測得步進電機的轉速為100rpm,已知轉子有24個齒。（5 分）求：（1）步

4、進電機的步距角 0脈沖電源的頻率f16、 有一臺三相反應式步進電機，按A AB B BC C CA方式通電，轉子齒數為 80個，如控制脈沖的頻率為800Hz，求該電機的步距角和轉速。（6分）17、為什么步進電機的脈沖分配方式應盡可能采用多相通電的雙拍制？18、 步進電機帶載時的啟動頻率與空載時相比有什么變化？19、 步進電動機連續運行頻率和啟動頻率相比有什么不同？20、 步進電動機在什么情況下會發生失步？什么情況下會發生振蕩？21、 設計一個完整的三相步進電動機的驅動電路，并設計一套單片機的控制程序，包括調速（啟動、加速、恒速、減速）及正反轉過程。答案1、 D2、 脈沖頻率3.答：步進電動機一

5、種可由電脈沖控制運動的特殊電動機，可以通過脈沖信號轉換控制的方法將脈沖電信號變換成相應的角位移或線位移。與一般旋轉電動機相比， 步進電動機不能直接使用通常的直流或交流電源來驅動，而是需要使用專門的步進電動機驅動器。步進電動機按轉矩產生的原理分為a. 反應式步進電動機。b. 激磁式步進電動機。這類步進電動機又分為電磁式與永磁式；c. 混合式步進電動機。同時混合使用前兩種方式。4. 答：三相單三拍磁阻式步進電動機的結構如圖6.3a所示：其定子鐵心上有六個形狀相同的大齒，相鄰兩個大齒之間的夾角為60。每個大齒上都套有一個線圈，徑向相對的兩個線圈串聯起來成為一相繞組。六個電極共構成三相繞組，即相對的U

6、U、WW、VV齒極分別纏有兩個相互串聯的線圈從而構成三相繞組。轉子有兩個磁極。繞組電路原理如圖6.3b所示。這種形式的步進電動機即是三相步進電動機。對三相步進電動機來說，當某一相的磁極處于最大磁導位置時，另外兩相必處于非最大磁導位置（如圖6.2b所示即定子與轉子小齒不對齊的位置）。，當定子繞組通電及換相時，將會產生使轉子轉動的力矩并使轉子轉動。根據通電及 換相的方法的不同，可以有以下幾種轉動方式：1） 通電方式為 UVWU,的順序輪流供電且一相通電、兩相斷電的方式。此時步進電動機每換一次通電方式，轉子按順時針方向轉過 60。如果按U W V U,順序輪流供電，則步進電動機逆時針轉動。稱這種方式

7、為“三相三位”或“單三拍”分配方式。2）通電方式為U UV V VW WWU U,（或反順序），則稱為“三相六位”或“三相六拍”。此時，步進電動機每步為30，步距角減小一半。3） 如果通電方式為 UV VW WU UV,則稱為雙三伯”，步距角仍為60。 從上可知當通電換向的方式不同，步進機電動機可以有兩種步距角。5、 C6、 正比7、 D8、 答：步進電動機的運動是受走步脈沖信號控制的，它的直線位移量或角位移量與電脈沖數成正比，所以電機的線速度或轉速與脈沖頻率成正比。通過改變脈沖頻率的高低，就可以在很大的范圍內調節電機的轉速，并能實現快速啟動、制動和反轉。9、 答：同步電機在同步轉動時由定子線

8、圈通過電流產生的磁場吸引轉子形成轉動所需的作用力，磁場的旋轉帶動轉子的運動， 屬可變磁阻電動機， 在這一方面，與步進電動機是相同 的。不同之處是控制方式上步進電機應歸屬于他控式，通常采用開環控制，無轉子位置反饋。多用于伺服控制系統，對步距精度要求很高，對效率指標要求不嚴格，只作電動狀態運行。而開關磁阻電動機則歸屬于自控式，即在轉動時電流的換向要與轉子的轉動速度相匹配，利用轉子位置反饋信號運行于自同步狀態，相繞組電流導通時刻與轉子位置有嚴格的對應關系并且繞組電流波形的前后沿可以分別獨立控制，即電流脈沖寬度可以任意調節。多用于功率驅動系統，對效率指標要求很高， 并可運行于發電狀態。 在應用上步進電

9、機基本上都用作控 制電機而開關磁阻電機則主要是拖動用電機。10、 答：當以單相通電交替換向的方式驅動時(即整步工作時)，步距角是1.8,當采用一相通電，兩相通電間隔交替驅動方式時(即半步工作時)，步距角是0.9。0根據2二-可得，當K=1及K=2時的步距角一：分別是1.8/0.9，設步進電機的相數為mQKm,則可得轉子齒數Q =。mPK11、A12、 C13、 解：三相六拍運行因為 n=60*f/N/Z R，所以 ZR=60*f/N/n=60*400/(2*3)/100=40;0 b=360 /N/Z R=360 /(2*3)/40=1.5 ;三相三拍運行n仁60*f/N/Z R=60*400

10、/3/40=200(r/min );0 b1=360 /N/Z R=360 /3/40=3 。14、 解：(2) 0 b=360 /N/Z R=360 /(2*3)/40=1.5 ;(3) n=60*f/N/Z R=60*600/(2*3)/40=150(r/min )15、 解：(1) 0 =360 /N/Z R=360 /(2*5)/24=1.5 (2)因為 n=60*f/N/Z R,所以 f=n*N*Z R/60=100*(2*5)*24/60=400(HZ)16、解:0 b=360 /N/Z R=360 /(2*3)/80=0.75n=60*f/N/Z R=60*800/(2*3)/8

11、0=100(r/min )17、答：使用多相通電的雙拍制時可以在任何時刻都至少有一相繞組有電流通過，可以減少轉動時的振動，減小步進的角度，增加控制精度，并保持定子對轉子的引力不間斷。三相步進電動機兩相運行和單相運行的特性不變。其合成的電磁轉矩的幅值Tm仍不變，只是相位落后60o電角度。但對于更多相的步進電動機，其多相通電時合成的電磁轉矩的幅值可以大 于單相時的合成轉矩，從而可以提高步進電動機的最大轉矩。18. 答：由于轉動力矩大小有一定范圍，其起動加速度也會在一定范圍內，過高的起動頻率 會使轉子的轉動速度跟不上輸入脈沖控制要求的轉動速度， 從而導致轉子轉動落后于定子磁 場的轉速， 這種情況稱為

12、步進電動機的失步。 失步可能導致步進電動機不能起動或堵轉。 電 機的啟動頻率是步進電動機不失步起動的最高頻率。當負載慣量一定時，隨著負載的增加， 起動頻率要下降。隨著起動頻率增加，轉距下降較慢的是起動頻矩特性較好的步進電動機。19、答：步進電動機的最高起動頻率（突跳頻率 ）一般為幾百 Hz 到三四千 Hz ，而最高運行頻率則可以達到幾萬 Hz 。以超過最高起動頻率的頻率直接起動，將出現“失步”（失去同步 ）現象， 有時根本就轉不起來。 而如果先以低于最高起動頻率的某一頻率起動， 再逐步提高頻 率，使電機逐步加速則可以到達最高運行頻率。20、答：步進電動機起動頻率不能過高， 當起動頻率過高時， 由于轉動力矩大小有一定范圍， 其起動加速度也會在一定范圍內， 過高的起動頻率會使轉子的轉動速度跟不上輸入脈沖控制 要求的轉動速度， 從而導致轉子轉動落后于定子磁場的轉速， 這種情況稱為步進電動機的失 步。當步進電動機的控制脈沖等于或接近步進電動機的振蕩頻率的1/k （k = 1, 2, 3）倍時