1、第五章第五章 電動機(jī)控制及接口電動機(jī)控制及接口 一、步進(jìn)電動機(jī)控制及接口一、步進(jìn)電動機(jī)控制及接口 二、直流電動機(jī)控制及接口二、直流電動機(jī)控制及接口一、步進(jìn)電動機(jī)控制及接口一、步進(jìn)電動機(jī)控制及接口 是一種專門用于位置和速度精確控制的特種是一種專門用于位置和速度精確控制的特種電機(jī)。電機(jī)。 其最大特點是其最大特點是“數(shù)字性數(shù)字性”，對于微機(jī)發(fā)過來，對于微機(jī)發(fā)過來的每一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)在其驅(qū)動器的推動的每一個脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)在其驅(qū)動器的推動下運轉(zhuǎn)一個固定角度（簡稱一步），如接收到一下運轉(zhuǎn)一個固定角度（簡稱一步），如接收到一串脈沖步進(jìn)電機(jī)將連續(xù)運轉(zhuǎn)一段相應(yīng)距離。串脈沖步進(jìn)電機(jī)將連續(xù)運轉(zhuǎn)一段相應(yīng)距離

2、。 同時可通過控制脈沖頻率，直接對電機(jī)轉(zhuǎn)速同時可通過控制脈沖頻率，直接對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。進(jìn)行控制。 由于步進(jìn)電機(jī)工作原理易學(xué)易用，成本低（由于步進(jìn)電機(jī)工作原理易學(xué)易用，成本低（相對于伺服）、電機(jī)和驅(qū)動器不易損壞，非常適相對于伺服）、電機(jī)和驅(qū)動器不易損壞，非常適合于微電腦和單片機(jī)控制，因此近年來在各行各合于微電腦和單片機(jī)控制，因此近年來在各行各業(yè)的控制設(shè)備中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用業(yè)的控制設(shè)備中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用1、步進(jìn)電機(jī)的種類和特點步進(jìn)電機(jī)的種類和特點 步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類型：步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類型：反應(yīng)式（反應(yīng)式（Variable ReluctanceVariable

3、Reluctance，VRVR）定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小，可達(dá)距角小，可達(dá)1.21.2、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證性難保證永磁式（永磁式（Permanent Permanent Magnet,PMMagnet,PM） 永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點是動態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)精極數(shù)相同。其特點是動態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)精度差，步矩角大（一般為度

4、差，步矩角大（一般為7.57.5或或1515） 混合式混合式(Hybrid (Hybrid Stepping,HSStepping,HS) ) 混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點，其定子上有多混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步矩角小提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步矩角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高 按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等

5、系列。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占占 97% 97% 以上的市場份額，其原因是性價比高，配以上的市場份額，其原因是性價比高，配上細(xì)分驅(qū)動器后效果良好。該種電機(jī)的基本步矩上細(xì)分驅(qū)動器后效果良好。該種電機(jī)的基本步矩角為角為1.81.8/ /步，配上半步驅(qū)動器后，步矩角減少步，配上半步驅(qū)動器后，步矩角減少為為0.90.9，配上細(xì)分驅(qū)動器后其步矩角可細(xì)分達(dá)，配上細(xì)分驅(qū)動器后其步矩角可細(xì)分達(dá)256256倍（倍（0.0070.007）。由于摩擦力和制造精度等原）。由于摩擦力和制造精度等原因，實際控制精度略低。同一步進(jìn)電機(jī)可配不同因，實際控制精度略低。同一步

6、進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動器以改變精度和效果。細(xì)分的驅(qū)動器以改變精度和效果。特點特點 脈沖信號控制定子磁極上的繞組，按一定的順序通電，脈沖信號控制定子磁極上的繞組，按一定的順序通電，在定子和轉(zhuǎn)子的氣隙間形成步進(jìn)式的磁極軸旋轉(zhuǎn)。（步進(jìn)電在定子和轉(zhuǎn)子的氣隙間形成步進(jìn)式的磁極軸旋轉(zhuǎn)。（步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上無繞組，且均勻分布若干個齒，定子上有激磁繞機(jī)的轉(zhuǎn)子上無繞組，且均勻分布若干個齒，定子上有激磁繞組。當(dāng)輸給激磁繞組一個電脈沖時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的組。當(dāng)輸給激磁繞組一個電脈沖時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的角度，稱為步距角）角度，稱為步距角） 步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點：步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點： 1 1）可直接實現(xiàn)數(shù)字控制；）可直接

7、實現(xiàn)數(shù)字控制； 2 2）控制性能好；）控制性能好； 3 3）無接觸式元件；）無接觸式元件； 4 4）誤差不長期積累；）誤差不長期積累； 5 5）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)在一相繞組通電時，具有自鎖能力，永）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)在一相繞組通電時，具有自鎖能力，永磁式步進(jìn)電機(jī)在不通電的情況下，也能保持轉(zhuǎn)矩。磁式步進(jìn)電機(jī)在不通電的情況下，也能保持轉(zhuǎn)矩。 2 2、基本結(jié)構(gòu)、基本結(jié)構(gòu)3 3、工作原理、工作原理步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器根據(jù)外來的脈沖，通過其內(nèi)部的邏步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器根據(jù)外來的脈沖，通過其內(nèi)部的邏輯電路控制步進(jìn)電機(jī)的繞組按一定的次序正反通電，從而輯電路控制步進(jìn)電機(jī)的繞組按一定的次序正反通電，從而實現(xiàn)其運轉(zhuǎn)。以兩相實現(xiàn)其運轉(zhuǎn)

8、。以兩相1.81.8度，步進(jìn)電機(jī)為例，分為度，步進(jìn)電機(jī)為例，分為4 4線（雙線（雙極性），極性），6 6線（單極性）兩種方式：線（單極性）兩種方式：4 4線（雙極性）電線（雙極性）電機(jī)，當(dāng)其繞組的通機(jī)，當(dāng)其繞組的通電方向順序按照電方向順序按照AC-BD-CA-DB AC-BD-CA-DB 四個狀態(tài)周而復(fù)始四個狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，每變化進(jìn)行變化，每變化一次，電機(jī)運轉(zhuǎn)一一次，電機(jī)運轉(zhuǎn)一步步, ,即即1.81.8度。度。6 6線（單極性）電機(jī)，當(dāng)其繞組的通電方向順線（單極性）電機(jī)，當(dāng)其繞組的通電方向順序按照序按照OA-OB-OC-OD OA-OB-OC-OD 四個狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變四個狀態(tài)周而復(fù)始

9、進(jìn)行變化，每變化一次，電機(jī)運轉(zhuǎn)一步化，每變化一次，電機(jī)運轉(zhuǎn)一步, ,即即1.81.8度。度。4 4、實例、實例一四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。一四相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖四相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)示意圖 開始時，開關(guān)開始時，開關(guān)SBSB接通電源，接通電源，SASA、SCSC、SDSD斷開，斷開，B B相磁極相磁極和轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子0 0、3 3號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的號齒對齊，同時，轉(zhuǎn)子的1 1、4 4號齒就和號齒就和C C、D

10、 D相相繞組磁極產(chǎn)生錯齒，繞組磁極產(chǎn)生錯齒，2 2、5 5號齒就和號齒就和D D、A A相繞組磁極產(chǎn)生錯相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。齒。 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)SCSC接通電源，接通電源，SBSB、SASA、SDSD斷開時，由于斷開時，由于C C相繞相繞組的磁力線和組的磁力線和1 1、4 4號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，號齒之間磁力線的作用，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，1 1、4 4號齒和號齒和C C相繞組的磁極對齊。而相繞組的磁極對齊。而0 0、3 3號齒和號齒和A A、B B相繞相繞組產(chǎn)生錯齒，組產(chǎn)生錯齒，2 2、5 5號齒就和號齒就和A A、D D相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。相繞組磁極產(chǎn)生錯齒。 依次類推，依次類推，A A、

11、B B、C C、D D四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會四相繞組輪流供電，則轉(zhuǎn)子會沿著沿著A A、B B、C C、D D方向轉(zhuǎn)動。方向轉(zhuǎn)動。 四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單等，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。高的轉(zhuǎn)動力矩又可以提高控制精度。 單四拍、

12、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時序與波形分別如下圖形分別如下圖a a、b b、c c所示：所示：步進(jìn)電機(jī)工作時序波形圖AT89C2051AT89C2051的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理圖步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)電路原理圖 AT89C2051 AT89C2051將控制脈沖從將控制脈沖從P1P1口的口的P1.4P1.4P1.7P1.7輸出，經(jīng)輸出，經(jīng)74LS1474LS14反相后進(jìn)入反相后進(jìn)入90149014，經(jīng)，經(jīng)90149014放大后放大后送入光電隔離器，光電隔離后，由功率管送入光電隔離器，光電隔離后，

13、由功率管TIP122TIP122將脈沖信號進(jìn)行電壓和電流放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)將脈沖信號進(jìn)行電壓和電流放大，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)的各相繞組。使步進(jìn)電機(jī)隨著不同的脈沖信號分的各相繞組。使步進(jìn)電機(jī)隨著不同的脈沖信號分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動作。別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和停止等動作。 圖中圖中L1L1為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組，其它三相繞為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組，其它三相繞組分別是組分別是L2L2、L3L3、L4L4 圖中的圖中的RL1RL1RL4RL4為繞組內(nèi)阻，為繞組內(nèi)阻，5050電阻是一電阻是一外接電阻，起限流作用，也是一個改善回路時間外接電阻，起限流作用，也是一個改善回路時間常數(shù)的元件。常數(shù)的元件。

14、D1D1D4D4為續(xù)流二極管，使電機(jī)繞組為續(xù)流二極管，使電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電動勢通過續(xù)流二極管產(chǎn)生的反電動勢通過續(xù)流二極管(D1(D1D4)D4)而衰減而衰減掉，從而保護(hù)了功率管掉，從而保護(hù)了功率管TIP122TIP122不受損壞。不受損壞。 在在5050外接電阻上并聯(lián)一個外接電阻上并聯(lián)一個200F200F電容，可電容，可以改善注入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖前沿，提高以改善注入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖前沿，提高步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。與續(xù)流二極管串聯(lián)的步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。與續(xù)流二極管串聯(lián)的200200電阻可減小回路的放電時間常數(shù)，使繞組中電流電阻可減小回路的放電時間常數(shù)，使繞組中電流脈沖的后沿變陡，電流下

15、降時間變小，也起到提脈沖的后沿變陡，電流下降時間變小，也起到提高高頻工作性能的作用。高高頻工作性能的作用。該驅(qū)動器根據(jù)撥碼開關(guān)該驅(qū)動器根據(jù)撥碼開關(guān)KXKX、KYKY的不同組合有的不同組合有三種工作方式供選擇：三種工作方式供選擇： 方式方式1 1為中斷方式：為中斷方式：P3.5(INT1)P3.5(INT1)為步進(jìn)脈沖為步進(jìn)脈沖輸入端，輸入端，P3.7P3.7為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端。上位機(jī)為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端。上位機(jī)(PC(PC機(jī)機(jī)或單片機(jī)或單片機(jī)) )與驅(qū)動器僅以與驅(qū)動器僅以2 2條線相連。條線相連。 當(dāng)上電或按下復(fù)位鍵當(dāng)上電或按下復(fù)位鍵KRKR后，后，AT89C2051AT89C2051先檢先檢測

16、撥碼開關(guān)測撥碼開關(guān)KXKX、KYKY的狀態(tài)，根據(jù)的狀態(tài)，根據(jù)KXKX、KY KY 的不同組的不同組合，進(jìn)入不同的工作方式。合，進(jìn)入不同的工作方式。 以下是方式以下是方式1 1的程序流程框圖與源程序。的程序流程框圖與源程序。 程序編制時，要特別注意步進(jìn)電機(jī)在換程序編制時，要特別注意步進(jìn)電機(jī)在換向時的處理。為使步進(jìn)電機(jī)在換向時能平滑向時的處理。為使步進(jìn)電機(jī)在換向時能平滑過渡，不至于產(chǎn)生錯步，應(yīng)在每一步中設(shè)置過渡，不至于產(chǎn)生錯步，應(yīng)在每一步中設(shè)置標(biāo)志位。其中標(biāo)志位。其中20H20H單元的各位為步進(jìn)電機(jī)正單元的各位為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位轉(zhuǎn)標(biāo)志位;21H;21H單元各位為反轉(zhuǎn)標(biāo)志位。在正單元各位為反轉(zhuǎn)標(biāo)志

17、位。在正轉(zhuǎn)時，不僅給正轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值，也同時給反轉(zhuǎn)時，不僅給正轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值，也同時給反轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值; ;在反轉(zhuǎn)時也如此。這樣，當(dāng)在反轉(zhuǎn)時也如此。這樣，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)換向時，就以上一次的位置作為起步進(jìn)電機(jī)換向時，就以上一次的位置作為起點反向運動，避免了電機(jī)換向時產(chǎn)生錯步點反向運動，避免了電機(jī)換向時產(chǎn)生錯步程序流程圖程序流程圖方式方式1 1源程序：源程序：MOV 20H,#00H ;20HMOV 20H,#00H ;20H單元置初值，電機(jī)正轉(zhuǎn)位置指針單元置初值，電機(jī)正轉(zhuǎn)位置指針MOV 21H,#00H ;21HMOV 21H,#00H ;21H單元置初值，電機(jī)反轉(zhuǎn)位置指針單元置初值，電機(jī)反轉(zhuǎn)

18、位置指針MOV P1,#0C0H ;P1MOV P1,#0C0H ;P1口置初值，防止電機(jī)上電短路口置初值，防止電機(jī)上電短路MOV TMOD,#60H ;T1MOV TMOD,#60H ;T1計數(shù)器置初值計數(shù)器置初值, ,開中斷開中斷MOV TL1,#0FFHMOV TL1,#0FFHMOV TH1,#0FFHMOV TH1,#0FFHSETB ET1SETB ET1SETB EASETB EASETB TR1SETB TR1SJMP $SJMP $計數(shù)器計數(shù)器1 1中斷程序中斷程序IT1P: JB P3.7,FAN ;IT1P: JB P3.7,FAN ;電機(jī)正、反轉(zhuǎn)指針電機(jī)正、反轉(zhuǎn)指針電機(jī)

19、正轉(zhuǎn)電機(jī)正轉(zhuǎn)JB 00H,LOOP0JB 00H,LOOP0JB 01H,LOOP1JB 01H,LOOP1JB 02H,LOOP2JB 02H,LOOP2JB 03H,LOOP3JB 03H,LOOP3JB 04H,LOOP4JB 04H,LOOP4JB 05H,LOOP5JB 05H,LOOP5JB 06H,LOOP6JB 06H,LOOP6JB 07H,LOOP7JB 07H,LOOP7LOOP0: MOV P1,#0D0HLOOP0: MOV P1,#0D0HMOV 20H,#02HMOV 20H,#02HMOV 21H,#40HMOV 21H,#40HAJMP QUITAJMP QU

20、ITLOOP1: MOV P1,#090HLOOP1: MOV P1,#090HMOV 20H,#04HMOV 20H,#04HMOV 21H,#20HMOV 21H,#20HAJMP QUITAJMP QUITLOOP2: MOV P1,#0B0HLOOP2: MOV P1,#0B0HMOV 20H,#08HMOV 20H,#08HMOV 21H,#10HMOV 21H,#10HAJMP QUIT AJMP QUIT LOOP3: MOV P1,#030HLOOP3: MOV P1,#030HMOV 20H,#10HMOV 20H,#10HMOV 21H,#08HMOV 21H,#08HAJ

21、MP QUITAJMP QUITLOOP4: MOV P1 ,#070H LOOP4: MOV P1 ,#070H MOV 20H,#20HMOV 20H,#20HMOV 21H,#04HMOV 21H,#04HAJMP QUITAJMP QUITLOOP5: MOV P1,#060HLOOP5: MOV P1,#060HMOV 20H,#40HMOV 20H,#40HMOV 21H,#02HMOV 21H,#02HAJMP QUITAJMP QUITLOOP6: MOV P1,#0E0HLOOP6: MOV P1,#0E0HMOV 20H,#80HMOV 20H,#80HMOV 21H,#0

22、1HMOV 21H,#01HAJMP QUITAJMP QUITLOOP7: MOV P1,#0C0HLOOP7: MOV P1,#0C0HMOV 20H,#01HMOV 20H,#01HMOV 21H,#80HMOV 21H,#80HAJMP QUITAJMP QUIT電機(jī)反轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)FAN: JB 08H,LOOQ0FAN: JB 08H,LOOQ0JB 09H,LOOQ1JB 09H,LOOQ1JB 0AH,LOOQ2JB 0AH,LOOQ2JB 0BH,LOOQ3JB 0BH,LOOQ3JB 0CH,LOOQ4JB 0CH,LOOQ4JB 0DH,LOOQ5JB 0DH,LOOQ5JB

23、 0EH,LOOQ6JB 0EH,LOOQ6JB 0FH,LOOQ7JB 0FH,LOOQ7LOOQ0: MOV P1,#0A0HLOOQ0: MOV P1,#0A0HMOV 21H,#02HMOV 21H,#02HMOV 20H,#40HMOV 20H,#40HAJMP QUITAJMP QUITLOOQ1: MOV P1,#0E0HLOOQ1: MOV P1,#0E0HMOV 21H,#04HMOV 21H,#04HMOV 20H,#20HMOV 20H,#20HAJMP QUITAJMP QUITLOOQ2: MOV P1,#0C0HLOOQ2: MOV P1,#0C0HMOV 21H,

24、#08HMOV 21H,#08HMOV 20H,#10HMOV 20H,#10HAJMP QUITAJMP QUITLOOQ3: MOV P1,#0D0HLOOQ3: MOV P1,#0D0HMOV 21H,#10HMOV 21H,#10HMOV 20H,#08HMOV 20H,#08HAJMP QUITAJMP QUITLOOQ4: MOV P1,#050HLOOQ4: MOV P1,#050HMOV 21H,#20HMOV 21H,#20HMOV 20H,#04HMOV 20H,#04HAJMP QUITAJMP QUITLOOQ5: MOV P1,#070HLOOQ5: MOV P1,#

25、070HMOV 21H,#40HMOV 21H,#40HMOV 20H,#02HMOV 20H,#02HAJMP QUITAJMP QUITLOOQ6: MOV P1,#030HLOOQ6: MOV P1,#030HMOV 21H,#80HMOV 21H,#80HMOV 20H,#01HMOV 20H,#01HAJMP QUITAJMP QUITLOOQ7: MOV P1,#0B0HLOOQ7: MOV P1,#0B0HMOV 21H,#01HMOV 21H,#01HMOV 20H,#80HMOV 20H,#80HQUIT: RETIQUIT: RETIENDEND步進(jìn)電機(jī)由步進(jìn)電機(jī)由轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子

26、和和定子定子兩部分組成兩部分組成定子定子上有繞組分為上有繞組分為若干相若干相，每相每相磁極上有磁極上有極齒極齒。左圖為左圖為三相三相定子：定子：AA,BB,CCA、B、C三相每相兩極，三相每相兩極，每極上五個齒每極上五個齒1) 定子定子五個極齒五個極齒定子上線圈的繞法定子上線圈的繞法A相A相B相B相C相C相轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子上有上有均勻分布均勻分布的的齒，沒有繞組。齒，沒有繞組。轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)子齒間夾角為間夾角為9o圖為一轉(zhuǎn)子示意圖：圖為一轉(zhuǎn)子示意圖：以以四十齒四十齒為例來說明為例來說明步進(jìn)電機(jī)的原理步進(jìn)電機(jī)的原理 數(shù)字式脈沖信號控制定子磁極上的繞組，按一定的順序數(shù)字式脈沖信號控制定子磁極上的繞組，按一定的順

27、序通電，在定子和轉(zhuǎn)子的氣隙間形成步進(jìn)式的磁極軸旋轉(zhuǎn)。通電，在定子和轉(zhuǎn)子的氣隙間形成步進(jìn)式的磁極軸旋轉(zhuǎn)。（步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上無繞組，且均勻分布若干個齒，定子（步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上無繞組，且均勻分布若干個齒，定子上有激磁繞組。當(dāng)輸給激磁繞組一個電脈沖時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)上有激磁繞組。當(dāng)輸給激磁繞組一個電脈沖時，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的角度，稱為步距角）過一個相應(yīng)的角度，稱為步距角） 步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點：步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點：1.1.可直接實現(xiàn)數(shù)字控制；可直接實現(xiàn)數(shù)字控制；2.2.控制性能好；控制性能好；3.3.無接觸式元件；無接觸式元件；4.4.誤差不長期積累；誤差不長期積累；5.5.反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)在一相繞組通電時，具有自鎖

28、能力，永反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)在一相繞組通電時，具有自鎖能力，永磁式步進(jìn)電機(jī)在不通電的情況下，也能保持轉(zhuǎn)矩。磁式步進(jìn)電機(jī)在不通電的情況下，也能保持轉(zhuǎn)矩。三拍三拍通電激磁，步距角通電激磁，步距角= = 3= 3o o3 4 40 00631 . . 步距角步距角 =m繞組相數(shù)；繞組相數(shù)；Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)，單拍轉(zhuǎn)子齒數(shù)，單拍k=1,雙拍雙拍k=2。mzk063六拍六拍通電激磁，步距角通電激磁，步距角 = = 1.5o3 40402 . . 063定子繞組定子繞組通斷電順序通斷電順序 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向 定子繞組定子繞組通斷電轉(zhuǎn)換頻率通斷電轉(zhuǎn)換頻率 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速 定子繞組定子繞組通斷電次數(shù)通斷電次數(shù) 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)

29、角轉(zhuǎn)角 三相單三拍三相單三拍 A B C A A B C A （K=1K=1） 三相雙三拍三相雙三拍 AB BC CA AB AB BC CA AB （K=1K=1） 三相六拍三相六拍 A AB B BC C CA A A AB B BC C CA A （K=2K=2） 通斷電方式通斷電方式最高工作頻率（最高工作頻率（f fmaxmax） 加減速特性加減速特性 啟動矩頻特性啟動矩頻特性 運行矩頻特性運行矩頻特性 啟動頻率（啟動頻率（f fstst） 0 04 48 8121216161 12 23 3f/ 10f/ 103 3HzHz步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-頻率特性步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩-頻率特性主要控制特性

30、主要控制特性空載時空載時，步進(jìn)電機(jī)由，步進(jìn)電機(jī)由靜止突然啟動靜止突然啟動，并，并不失步不失步的進(jìn)入穩(wěn)速的進(jìn)入穩(wěn)速運行，所允許的運行，所允許的啟動頻率的最高值啟動頻率的最高值為為最高啟動頻率最高啟動頻率. .啟動頻率啟動頻率大于此值時步進(jìn)電機(jī)不能正常工作，大于此值時步進(jìn)電機(jī)不能正常工作，最高啟動頻率最高啟動頻率與與步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)電機(jī)的慣性負(fù)載有關(guān)慣性負(fù)載有關(guān). .M Md d / / N Nm mf f / /H Hz z1 16 6* *1 10 00 00 00 01 12 23 34 44 48 81 12 2步進(jìn)電機(jī)工作頻率連續(xù)上升時，電動機(jī)不失步運行的最步進(jìn)電機(jī)工作頻率連續(xù)上升時，電動

31、機(jī)不失步運行的最高頻率稱為高頻率稱為最高工作頻率最高工作頻率。它的值也和它的值也和負(fù)載負(fù)載有關(guān)。很顯然，在同樣負(fù)載下，有關(guān)。很顯然，在同樣負(fù)載下，最高工最高工作頻率遠(yuǎn)大于最高啟動頻率作頻率遠(yuǎn)大于最高啟動頻率. .在在連續(xù)運行狀態(tài)連續(xù)運行狀態(tài)下，步進(jìn)電機(jī)的下，步進(jìn)電機(jī)的電磁力矩電磁力矩隨隨頻率頻率的的升高升高而而急劇下降急劇下降，這兩者的關(guān)系稱為，這兩者的關(guān)系稱為矩頻特性矩頻特性. .4 4）矩頻特性）矩頻特性（一）脈沖分配（一）脈沖分配 按一定的規(guī)律將按一定的規(guī)律將進(jìn)給脈沖進(jìn)給脈沖分配分配給給步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)定子繞組定子繞組的的各相各相v 實現(xiàn)方法：實現(xiàn)方法：1. 1. 硬件硬件集成脈沖分配器

32、集成脈沖分配器TTL: B013, BY014 BY015, BY016CMOS: CH250（一）脈沖分配（一）脈沖分配 2. 2. 軟件軟件移位法移位法查表法查表法D2D1D0C相B相A相00101H，A相通電01103H，AB通電01002H，B相通電11006H，BC通電10004H，C相通電10105H，CA通電1對驅(qū)動電源的要求對驅(qū)動電源的要求 實際上，步進(jìn)電機(jī)是實際上，步進(jìn)電機(jī)是感性負(fù)載感性負(fù)載，繞組中電流繞組中電流不能突變不能突變，而是按，而是按指數(shù)規(guī)律指數(shù)規(guī)律上升或下降上升或下降, ,從而使整個從而使整個通電周期內(nèi)，繞組通電周期內(nèi)，繞組電流平均值電流平均值下降，下降，電機(jī)電機(jī)

33、輸出轉(zhuǎn)矩下降輸出轉(zhuǎn)矩下降。 理想理想驅(qū)動電源使電機(jī)驅(qū)動電源使電機(jī)繞組電流繞組電流 盡量接近盡量接近矩形波矩形波。 而當(dāng)電機(jī)而當(dāng)電機(jī)運行頻率很高運行頻率很高時，電流峰值時，電流峰值顯著小于顯著小于額定額定勵磁電流，從而導(dǎo)致電機(jī)勵磁電流，從而導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步下降，嚴(yán)重時不能啟動。轉(zhuǎn)矩進(jìn)一步下降，嚴(yán)重時不能啟動。 上升時電流時間常數(shù)上升時電流時間常數(shù) Ti = L/R L步進(jìn)電機(jī)繞組平均電感量步進(jìn)電機(jī)繞組平均電感量 R通電回路電阻，包括：通電回路電阻，包括： 繞組內(nèi)阻繞組內(nèi)阻、功率放大器、功率放大器輸出級內(nèi)阻輸出級內(nèi)阻、串聯(lián)電阻串聯(lián)電阻 下降時電流時間常數(shù)下降時電流時間常數(shù) Td = L/RD R

34、D放大回路電阻放大回路電阻 為了提高步進(jìn)電機(jī)動態(tài)特性，必須改善電流波形，為了提高步進(jìn)電機(jī)動態(tài)特性，必須改善電流波形，使前后沿陡度增大，方法有：使前后沿陡度增大，方法有： 從從 T Ti i=L/R =L/R 知，為知，為 ， 可可 R R，故可在進(jìn)電機(jī)繞組回路中故可在進(jìn)電機(jī)繞組回路中串聯(lián)串聯(lián)一個電阻一個電阻RoRo此時，此時， T Ti i = L/( r+ = L/( r+R R0 0 ) ) 特點：特點：線路簡單，但線路簡單，但 R Ro o ( ( 10) 10)上消耗一定功率，上消耗一定功率，發(fā)熱量大發(fā)熱量大，也降低了放大器的，也降低了放大器的效率效率，只，只適于小功率適于小功率步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)。 電感繞組通電狀態(tài)時，繞組上電流為電感繞組通電狀態(tài)時，繞組上電流為 Im=(E/r) (1-e-t/Ti ) E電源電壓電源電壓 電流增長率為電流增長率為 dIm/dt= Im=(E/r) (1-e-t/Ti )可見，增大電源電壓可以有效地改善電流上升陡度可見，增大電源電壓可以有效地改善電流上升陡度 特點：特點：線路復(fù)雜線路復(fù)雜，需采用雙電源，但，需采