1、會(huì)計(jì)學(xué)1第第07章章-步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第一頁，共62頁。-2- 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的控制電機(jī)，常作為數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。由于(yuy)其輸入信號是脈沖電壓，輸出角位移是斷續(xù)的，即每輸入一個(gè)電脈沖信號，轉(zhuǎn)子就前進(jìn)一步，因此叫做步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，也稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要特點(diǎn)是： (1) 轉(zhuǎn)速和步距值不受電壓波動(dòng)、負(fù)載變化和溫度變化等的影響，只與脈沖頻率同步，轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的總位移量只取決于總的脈沖信號數(shù)。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第1頁/共62頁第二頁，共62頁。-3- (2) 開環(huán)控制，無需反饋，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大為簡化，工作更加可靠，維護(hù)更加方便，在一般定位驅(qū)動(dòng)裝置中具有足

2、夠高的精度。 (3) 控制性能好，可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，起動(dòng)、制動(dòng)、反向及其他任何運(yùn)行(ynxng)方式的改變，都在少數(shù)脈沖內(nèi)完成。 (4) 誤差不積累。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每走一步所轉(zhuǎn)過的角度與理論值之間總有一定的誤差，但它每轉(zhuǎn)一圈都有固定的步數(shù)，所以在不失步的情況下，其步距誤差是不會(huì)積累的。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第2頁/共62頁第三頁，共62頁。-4-第一節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上來說，主要包括反應(yīng)式、永磁式和混合式三種。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理與磁阻式同步電動(dòng)機(jī)相似，都是利用(lyng)磁力線力圖通過磁阻最小路徑的原理來產(chǎn)生磁阻轉(zhuǎn)矩，因此又稱為磁

3、阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如圖7-1(a)所示；永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)依靠轉(zhuǎn)子永磁體和定子繞組磁動(dòng)勢之間所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩工作，如圖7-1(b)所示；混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)則是反應(yīng)式和永磁式的結(jié)合，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第3頁/共62頁第四頁，共62頁。-5-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子齒極的極對數(shù)(du sh)就等于定子繞組的相數(shù) 第4頁/共62頁第五頁，共62頁。-6- 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不同于普通的交、直流電動(dòng)機(jī)，它必須與驅(qū)動(dòng)控制器、直流電源組成系統(tǒng)方能正常運(yùn)行，如圖7-2所示。在實(shí)際系統(tǒng)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制器是兩個(gè)不可分割的組成部分，這是因?yàn)榻o步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子(dngz)控制繞組所加的電源既不是正弦交流，也不

4、是恒定直流，而是脈沖電壓。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第5頁/共62頁第六頁，共62頁。-7-第二節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理(yunl)一、通電方式的分析1. 三相單三拍通電方式第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第6頁/共62頁第七頁，共62頁。-8-2. 三相雙三拍通電(tng din)方式 在切換過程中總有一相繞組處于通電(tng din)狀態(tài)，轉(zhuǎn)子齒極受到定子磁場控制，不易失步和振蕩。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第7頁/共62頁第八頁，共62頁。-9-3. 三相六拍通電(tng din)方式 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第8頁/共62頁第九頁，共62頁。-10-二、多齒結(jié)構(gòu)的分析 對于圖7-3和圖7-4所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其步距角都

5、太大，不能滿足(mnz)精密控制的要求。為了減小步距角，可以將定、轉(zhuǎn)子加工成多齒結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子上開有數(shù)目較多的齒極，而定子每個(gè)大齒極上又開有若干個(gè)小齒極，如圖7-6所示。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第9頁/共62頁第十頁，共62頁。-11-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)oot3607.250齒距角三相(sn xin)單三拍和三相(sn xin)雙三拍時(shí) obt12.43三相(sn xin)六拍時(shí) obt11.26第10頁/共62頁第十一頁，共62頁。-12-三、步距角和轉(zhuǎn)速(zhun s)的計(jì)算 若轉(zhuǎn)子齒數(shù)為ZR，轉(zhuǎn)子相鄰兩齒間的夾角，即齒距角為第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)Rot360Z（7-1）轉(zhuǎn)子每一步轉(zhuǎn)過的空間(kngji

6、n)角度，即步距角為 （7-2）Rotb360NZN拍數(shù) 轉(zhuǎn)子(zhun z)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距需要的通電狀態(tài)數(shù)第11頁/共62頁第十二頁，共62頁。-13- 對于三相(sn xin)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)通電方式為單三拍或雙三拍時(shí)，N = m ；當(dāng)通電方式為六拍時(shí)，N = 2m 。 可見，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角和定子相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)成反比。定子相數(shù)越多，則步距角越小，精度越高，但供電電源和電機(jī)結(jié)構(gòu)也越復(fù)雜。所以，一般步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)不超過六相，而且主要是通過增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)來提高系統(tǒng)精度。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第12頁/共62頁第十三頁，共62頁。-14- 由式（7-2）可知，每輸入一個(gè)電壓脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度是整個(gè)

7、圓周(yunzhu)角的 ，也就是轉(zhuǎn)過 轉(zhuǎn)。 若脈沖電源的頻率為f，則轉(zhuǎn)子每分鐘轉(zhuǎn)過的圓周(yunzhu)數(shù)，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（7-3）R60NZfn R1NZR1NZ第13頁/共62頁第十四頁，共62頁。-15-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 可見，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖電源的頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，而與電壓、負(fù)載和溫度等因素?zé)o關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定(ydng)時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與脈沖電源的頻率成正比，即電機(jī)轉(zhuǎn)速與脈沖頻率同步。這樣，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以直接采用開環(huán)控制，并進(jìn)行較寬范圍的無級調(diào)速。 第14頁/共62頁第十五頁，共62頁。-16-第三節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有靜止、單步

8、運(yùn)行和連續(xù)運(yùn)行三種運(yùn)行狀態(tài)，分別對應(yīng)不同的運(yùn)行特性，下面依次予以介紹。一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜特性 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜止?fàn)顟B(tài)是指當(dāng)控制脈沖停止送入，如果某些定子(dngz)繞組仍通以恒定不變的電流時(shí)，轉(zhuǎn)子將固定于某一位置保持不動(dòng)的情況。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜特性可以用靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩Te與轉(zhuǎn)子失調(diào)角e之間的關(guān)系 來描述，稱為矩角特性。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī))(eefT 第15頁/共62頁第十六頁，共62頁。-17-1. 單相(dn xin)通電時(shí) 失調(diào)角e 是指轉(zhuǎn)子偏離平衡位置的電角度，即通電相的定、轉(zhuǎn)子齒中心線間用電角度表示的夾角，如圖7-8所示。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第16頁/共62頁第十七頁，共62頁。-18-

9、如果將轉(zhuǎn)子齒數(shù)看作轉(zhuǎn)子的極對數(shù)， 電角度就等于空間機(jī)械角度乘以轉(zhuǎn)子齒數(shù)，即一個(gè)(y )齒距就對應(yīng)2電角度，用電角度表示的齒距角為 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2te（7-4）相應(yīng)(xingyng)的步距角為 NN2tebe（7-5）第17頁/共62頁第十八頁，共62頁。-19- 所以，當(dāng)拍數(shù)一定時(shí)，無論轉(zhuǎn)子齒數(shù)是多少，用電角度表示的步距角是一定值。對于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，通電方式(fngsh)為單三拍或雙三拍時(shí)，步距角為2/3電角度；通電方式(fngsh)為六拍時(shí)，步距角為/3電角度。 通過圖7-8的分析可以知道， 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜態(tài)電磁轉(zhuǎn)矩Te隨失調(diào)角e作周期性的變化，變化周期是一個(gè)齒距，即2電角度。嚴(yán)格來

10、說，矩角特性的形狀是比較復(fù)雜的，它與氣隙的長度、定轉(zhuǎn)子齒的形狀以及磁路飽和的程度等都有關(guān)系。對于反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其矩角特性可近似為正弦函數(shù)曲線，如圖7-9所示。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第18頁/共62頁第十九頁，共62頁。-20-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)eemesinTT 靜態(tài)(jngti)電磁轉(zhuǎn)矩最大值第19頁/共62頁第二十頁，共62頁。-21-2. 多相通電時(shí) 在磁路為線性的前提下，按照疊加原理，多相通電時(shí)的矩角特性可以近似地由每相各自通電時(shí)的矩角特性疊加而求得。下面推導(dǎo)(tudo)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在兩相通電時(shí)的矩角特性。 設(shè)A、B兩相通電，以A相定子齒的中心軸線為基準(zhǔn)，轉(zhuǎn)子失調(diào)角為e，那么A相通電

11、時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩為第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)eemeAsinTT（7-7）第20頁/共62頁第二十一頁，共62頁。-22- 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)子齒軸線錯(cuò)開(cu ki)一個(gè)單拍制的步距角，即2/3電角度，所以相應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩為 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（7-8）)32sin(eemeBTT這樣，當(dāng)A、B兩相同時(shí)通電(tng din)時(shí)，合成的電磁轉(zhuǎn)矩為 eABeAeBemesin()3TTTT （7-9）第21頁/共62頁第二十二頁，共62頁。-23- 對于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，兩相通電時(shí)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與單相通電時(shí)的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩相等，也就是說，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能依靠增加通電相數(shù)來提高(t

12、go)負(fù)載能力，這是它的一個(gè)固有缺陷。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第22頁/共62頁第二十三頁，共62頁。-24-二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行狀態(tài)是指當(dāng)控制脈沖頻率很低時(shí)，下一個(gè)脈沖到來之前，上一步動(dòng)作已經(jīng)完成(wn chng)，電動(dòng)機(jī)一步一步地完成(wn chng)步進(jìn)式轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第23頁/共62頁第二十四頁，共62頁。-25- 由上圖可見(kjin)，要保證電動(dòng)機(jī)能夠步進(jìn)式轉(zhuǎn)動(dòng)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩不能大于相鄰兩拍矩角特性的交點(diǎn)所對應(yīng)的電磁轉(zhuǎn)矩，即相鄰兩拍矩角特性交點(diǎn)所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單步運(yùn)行時(shí)能夠帶動(dòng)的極限負(fù)載，稱為極限起動(dòng)轉(zhuǎn)矩（或最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩）Tst，其表達(dá)式為

13、 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)2cos2sinbeembeemstTTT（7-10）第24頁/共62頁第二十五頁，共62頁。-26-因?yàn)?yn wi)步距角 （N為運(yùn)行拍數(shù)），所以上式可寫為 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)N2bestemcosTTN（7-11） 在規(guī)定的電源條件下， 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值Tem是一定的，要提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載能力， 應(yīng)增大運(yùn)行拍數(shù)N，如三相電機(jī)由單三拍或雙三拍運(yùn)行改為六拍運(yùn)行。 如果是兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由于N=m=2（即兩矩角特性相差電角度），Tst=0，所以反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)應(yīng)滿足m3，相數(shù)越多，極限(jxin)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tst就越接近靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值，負(fù)載能力就越強(qiáng)。第25頁/共62頁

14、第二十六頁，共62頁。-27- 另外，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單步運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)子由一個(gè)(y )穩(wěn)定平衡點(diǎn)A達(dá)到另一個(gè)(y )新的穩(wěn)定平衡點(diǎn)B的過程中，所積累的動(dòng)能和慣性會(huì)使轉(zhuǎn)子沖過新的平衡位置，而此后Te-TL0（如圖7-11所示），又使電動(dòng)機(jī)減速， 進(jìn)而反向運(yùn)行。由于能量消耗和阻尼的結(jié)果，轉(zhuǎn)子將在新的平衡位置附近作衰減的振蕩。 這種振蕩現(xiàn)象 對于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)行是不利的，它影響了系統(tǒng)的精度，并產(chǎn)生一定的振動(dòng)和噪聲，嚴(yán)重時(shí)甚至可能使轉(zhuǎn)子失步， 應(yīng)設(shè)法增大阻尼加以削弱。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第26頁/共62頁第二十七頁，共62頁。-28-三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行和動(dòng)特性 隨著外加脈沖頻率的提高，步進(jìn)電動(dòng)

15、機(jī)進(jìn)入連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)。 在伺服系統(tǒng)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)經(jīng)常做起動(dòng)、制動(dòng)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和調(diào)速等動(dòng)作，并在各種頻率下運(yùn)行。這就要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步數(shù)與脈沖數(shù)嚴(yán)格相等，既不丟步，也不越步，而且轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)應(yīng)是平穩(wěn)的。否則，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的“步進(jìn)”精度就失去了意義(yy)。因此，在伺服系統(tǒng)中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)必須具有良好的動(dòng)特性。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第27頁/共62頁第二十八頁，共62頁。-29- 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)(dngti)電磁轉(zhuǎn)矩，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)特性可以用動(dòng)態(tài)(dngti)電磁轉(zhuǎn)矩Te 與電源脈沖頻率f之間的關(guān)系來描述，稱為矩頻特性。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大連續(xù)運(yùn)行(ynxng)頻率 起動(dòng)(q

16、dn)頻率 第28頁/共62頁第二十九頁，共62頁。-30-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)隨著電源頻率的升高(shn o)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩要下降。 第29頁/共62頁第三十頁，共62頁。-31- 值得注意的是，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)所能施加的最高頻率（稱為起動(dòng)頻率fst）比連續(xù)運(yùn)行頻率低得多，如圖7-12中的虛線所示，這是因?yàn)樵谄饎?dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)除了要克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL，還要克服加速度力矩 。 提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行頻率的途徑除了提高電磁轉(zhuǎn)矩的基本方法外，還包括增加電機(jī)運(yùn)行的拍數(shù)、減小電機(jī)的時(shí)間常數(shù)(sh jin chn sh)、減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、采用機(jī)械阻尼裝置等措施。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)22ddtJ第3

17、0頁/共62頁第三十一頁，共62頁。-32-第四節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制* 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不同于普通的控制電機(jī)，給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)定子控制繞組所加的電源既不是正弦交流，也不是恒定直流，而是脈沖電壓，它必須(bx)由特定的脈沖電源供電。因此，相對來說，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制是比較復(fù)雜的。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第31頁/共62頁第三十二頁，共62頁。-33-一、驅(qū)動(dòng)控制器 電動(dòng)機(jī)本體與其驅(qū)動(dòng)控制器構(gòu)成一個(gè)不可分割(b k fn )的有機(jī)整體，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能在很大程度上取決于所使用的驅(qū)動(dòng)控制器的質(zhì)量。1. 驅(qū)動(dòng)控制器的組成第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第32頁/共62頁第三十三頁，共62頁。-34-2. 對驅(qū)動(dòng)控制器的要求

18、(yoqi) (1) 驅(qū)動(dòng)控制器的相數(shù)、電壓、電流和通電方式都要滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的要求(yoqi)。 (2) 驅(qū)動(dòng)控制器的頻率要滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率和連續(xù)運(yùn)行頻率的要求(yoqi)。 (3) 能最大限度地抑制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。 (4) 工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)。 (5) 成本低，效率高，安裝和維護(hù)方便。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第33頁/共62頁第三十四頁，共62頁。-35-3. 驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)的分類 (1) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡單(jindn)的控制過程可以通過各種邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。這種控制方法線路較復(fù)雜，成本高，而且一旦成型，很難改變控制方案，缺少靈活性。 (2) 由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能直接接受數(shù)字量

19、輸入，特別適合于微機(jī)控制。采用計(jì)算機(jī)控制，不僅可以用很低的成本實(shí)際復(fù)雜的控制過程，而且具有很高的靈活性，便于控制功能的升級和擴(kuò)充。 (3) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)還可以采用專用集成電路來構(gòu)成。這種控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單(jindn)、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)，在系列化產(chǎn)品中應(yīng)該優(yōu)先采用這種方式。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第34頁/共62頁第三十五頁，共62頁。-36-二、功率驅(qū)動(dòng)電路 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率放大電路的種類很多，按照電流流過定子(dngz)控制繞組的方向是單向的還是雙向的，可以分為單極性驅(qū)動(dòng)電路和雙極性驅(qū)動(dòng)電路。單極性驅(qū)動(dòng)電路適用于反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，雙極性驅(qū)動(dòng)電路適用于永磁式和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。這里僅介紹

20、單極性驅(qū)動(dòng)電路。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第35頁/共62頁第三十六頁，共62頁。-37-1. 單電壓驅(qū)動(dòng)電路 單電壓驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)簡單，開關(guān)(kigun)器件少，成本低，但串聯(lián)電阻會(huì)產(chǎn)生一定的損耗，效率較低，只適用于驅(qū)動(dòng)小功率步進(jìn)電機(jī)或用于性能指標(biāo)要求不高的場合。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第36頁/共62頁第三十七頁，共62頁。-38-2. 雙電壓驅(qū)動(dòng)電路 用提高直流電源電壓的方法可以使定子相繞組中的電流上升迅速，這樣就產(chǎn)生了雙電壓驅(qū)動(dòng)。雙電壓驅(qū)動(dòng)有兩種方式：雙電壓法和高低電壓法。 （1）雙電壓法 這種驅(qū)動(dòng)電路在低頻段與單電壓驅(qū)動(dòng)相同，在高頻段通過轉(zhuǎn)換電源電壓提高電流響應(yīng)速度，但仍需要在繞組回路(hul)中串

21、聯(lián)電阻，并沒有擺脫單電壓驅(qū)動(dòng)的弱點(diǎn)。另外，將頻率劃分為高、低兩段，使特性不連續(xù)， 有突變。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第37頁/共62頁第三十八頁，共62頁。-39-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第38頁/共62頁第三十九頁，共62頁。-40-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第39頁/共62頁第四十頁，共62頁。-41- （2）高低電壓法 這種高低壓切換型驅(qū)動(dòng)電路能夠保證相繞組在很寬的頻段內(nèi)具有較大的平均電流，在關(guān)斷時(shí)電流又能迅速下降，因此改善(gishn)了電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和動(dòng)態(tài)性能。 另外，由于相繞組回路不需要串聯(lián)電阻，所以功率損耗比較小。但是，這種驅(qū)動(dòng)電路在低頻時(shí)繞組通電時(shí)間長，電流有較大的過沖，所以低頻時(shí)電機(jī)的振動(dòng)和噪聲

22、較大，存在低頻共振現(xiàn)象。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第40頁/共62頁第四十一頁，共62頁。-42-3. 斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路 斬波恒流驅(qū)動(dòng)的基本思路是，無論電機(jī)是在鎖定狀態(tài)還是在低頻(dpn)段或高頻段運(yùn)行， 均使導(dǎo)通相繞組的電流保持額定值。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第41頁/共62頁第四十二頁，共62頁。-43-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第42頁/共62頁第四十三頁，共62頁。-44- 可見，在控制脈沖ui為高電平期間，直流電源以脈沖方式供電，保證了相繞組電流的基本恒定，使電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩較為均衡，電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)。 這種驅(qū)動(dòng)電路的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，能夠有效地抑制振蕩，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)振蕩的根本原因是能量過剩，而斬波恒流驅(qū)動(dòng)的輸入能

23、量 是隨著(su zhe)繞組電流的變化 自動(dòng)調(diào)節(jié)的，可以有效地防止能量積聚。但是，由于電流波形為鋸齒波，這種驅(qū)動(dòng)方式會(huì)產(chǎn)生較大的電磁噪聲。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第43頁/共62頁第四十四頁，共62頁。-45-4. 調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路 低速運(yùn)行時(shí)繞組電流上升緩慢一些，使轉(zhuǎn)子向新的穩(wěn)定平衡(wndng pnghng)位置移動(dòng)時(shí)不要有嚴(yán)重的過沖，避免產(chǎn)生劇烈的振蕩；而在高速運(yùn)行時(shí)電流波形的前沿較陡，能夠迅速建立繞組電流，提高負(fù)載能力。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第44頁/共62頁第四十五頁，共62頁。-46-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第45頁/共62頁第四十六頁，共62頁。-47- 這種調(diào)頻調(diào)壓驅(qū)動(dòng)方式類似于雙電壓驅(qū)

24、動(dòng)電路，其優(yōu)點(diǎn)(yudin)是相繞組電壓可以自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制效果較好。 但是， 這種驅(qū)動(dòng)電路需要的器件較多， 線路較復(fù)雜，而且在實(shí)際運(yùn)行時(shí)針對不同參數(shù)的電機(jī)，還要相應(yīng)調(diào)整電壓隨脈沖頻率變化的特性，因此也存在一定的局限性。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第46頁/共62頁第四十七頁，共62頁。-48-5. 細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路 細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制又稱為微步距控制，是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開環(huán)控制的新技術(shù)之一，可以達(dá)到極高的控制精度。 所謂細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制，就是把步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角進(jìn)一步減小，把原來的一步再細(xì)分成(fn chn)若干微步 （如100步）。這樣，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)就近似為勻速運(yùn)動(dòng)，并能在任何位置準(zhǔn)確停步。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第47

25、頁/共62頁第四十八頁，共62頁。-49- 為了達(dá)到上述目的，可以設(shè)法將定子相繞組中原來的矩形波電流改為階梯波電流，如圖7-22所示。這樣，在相繞組電流的每個(gè)階梯，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步，步距角大為減小，電機(jī)運(yùn)行更加平穩(wěn)，同時(shí)負(fù)載(fzi)能力也得到顯著提高。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第48頁/共62頁第四十九頁，共62頁。-50- 實(shí)現(xiàn)階梯波電流的方法有兩種： (1) 第一種是通過順序脈沖發(fā)生器形成若干等幅又等寬的脈沖，用相應(yīng)數(shù)量的完全相同的脈沖放大器分別進(jìn)行功率放大，最后在電機(jī)的相繞組中將這些脈沖電流進(jìn)行疊加，形成階梯波電流，如圖7-23(a)所示。 這種方法使用的功放元件(yunjin)很多， 但元件(

26、yunjin)的容量較小，且結(jié)構(gòu)簡單，容易調(diào)整，適用于中、大功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第49頁/共62頁第五十頁，共62頁。-51-第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第50頁/共62頁第五十一頁，共62頁。-52- (2) 第二種是對順序脈沖發(fā)生器所形成的等幅又等寬的脈沖，先用加法器合成階梯波，再對階梯波信號(xnho)進(jìn)行功率放大，如圖7-23(b)所示。 這種方法所用功放元件少，但元件的容量較大，適用于微、小型步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。 細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制可以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角成數(shù)量級地減小，大大提高了執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制精度，同時(shí)也可以減小或消除振蕩，降低噪聲，并抑制轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，因而值得

27、推廣應(yīng)用。 第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第51頁/共62頁第五十二頁，共62頁。-53-第五節(jié) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要技術(shù)數(shù)據(jù) (1) 步距角。指每給一個(gè)脈沖信號電機(jī)轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度，通常用電角度來表示。 (2) 精度。通常指的是最大步距誤差。從使用者的角度看，多數(shù)情況使用累積(lij)誤差比較方便。 (3) 定位轉(zhuǎn)矩。 指繞組不通電時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩的最大值，或轉(zhuǎn)角不超過一定值時(shí)的轉(zhuǎn)矩。通常反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩為零，除非具有特殊的產(chǎn)生定位轉(zhuǎn)矩的裝置。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第52頁/共62頁第五十三頁，共62頁。-54- (4) 靜轉(zhuǎn)矩。指不改變(gibin)控制繞組通電狀態(tài)，即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)情況下的

28、電磁轉(zhuǎn)矩。對應(yīng)于某一失調(diào)角時(shí)，靜轉(zhuǎn)矩的最大值，稱為最大靜轉(zhuǎn)矩，它取決于通電狀態(tài)及繞組內(nèi)電流的值。 (5) 動(dòng)轉(zhuǎn)矩。 指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)情況下的最大輸出轉(zhuǎn)矩，它與運(yùn)行頻率有關(guān)。 (6) 起動(dòng)頻率。指電動(dòng)機(jī)空載起動(dòng)和停止均無失步的最高頻率，又稱為最高起動(dòng)頻率或空載起動(dòng)頻率。 (7) 運(yùn)行頻率。指頻率連續(xù)上升時(shí)，電動(dòng)機(jī)能不失步運(yùn)行的最高頻率，又稱為連續(xù)頻率。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第53頁/共62頁第五十四頁，共62頁。-55-二、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用原則 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是典型的機(jī)電一體化裝置，選用時(shí)需要考慮機(jī)械、電氣(dinq)和驅(qū)動(dòng)控制等諸多因素。對于終端用戶，最好是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)控制器及直流電源選擇一個(gè)生產(chǎn)商

29、的配套產(chǎn)品，這樣能夠保證配置合理，品質(zhì)優(yōu)良。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第54頁/共62頁第五十五頁，共62頁。-56-1. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選用 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇首先要考慮的是外形尺寸（機(jī)座號）、轉(zhuǎn)矩和步距角。最大靜轉(zhuǎn)矩是主要參考指標(biāo)。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作頻率起動(dòng)，而是采用逐漸升頻提速，這樣可確保電機(jī)不失步，同時(shí)可以減少噪音。 使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，還要注意自振蕩現(xiàn)象。當(dāng)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制脈沖頻率連續(xù)升高達(dá)到一定值時(shí)，開始(kish)出現(xiàn)顯著的振蕩現(xiàn)象，頻率繼續(xù)提高時(shí)，振蕩越來越大，直到不能運(yùn)轉(zhuǎn)。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第55頁/共62頁第五十六頁，共62頁。-57- 2. 驅(qū)動(dòng)控制器的選用 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能(xngnng)在很大程度上取決于矩頻特性，而矩頻特性又與驅(qū)動(dòng)控制器密切相關(guān)。常用的驅(qū)動(dòng)控制方式有單電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)、斬波恒流驅(qū)動(dòng)、調(diào)壓調(diào)頻驅(qū)動(dòng)和細(xì)分驅(qū)動(dòng)等。 除了注意驅(qū)動(dòng)方式和矩頻特性外，在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器時(shí)，還應(yīng)注意： (1) 使用的電源是交流的還是直流的； (2) 驅(qū)動(dòng)方式是定電壓驅(qū)動(dòng)還是定電流驅(qū)動(dòng)； (3) 輸入信號的電平邏輯、脈沖寬度； (4) 輸出信號的電壓、電流序列。第七章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第56頁/共62頁第五十七頁，共62頁。-58-三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用實(shí)例 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)雖然出現(xiàn)得較早，但得到真正發(fā)展還是近幾十年的事，特別是計(jì)算機(jī)控制技