电机及拖动基础第2版 教学课件 作者 邵群涛 主编 8-4.ppt

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1、8.4步进电动机重点：步进电动机的工作原理矩频特性矩角特性负载能力8.4.1步进电动机概述步进电动机：数字控制系统中的一种执行元件，将脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移。每输入一个脉冲，电机前进一步。1.步进电动机的特点（1）可用数字信号直接进行开环控制，整体系统简单、廉价。（2）位移与输入脉冲信号数相对应，步距误差不长期积累，可以组成开环控制系统，也可组成闭环控制系统。（3）电机本身部件少，可靠性高。（4）易于起动、停止、正反转及变速，响应性好（5）停止时，可有自锁能力。2.步进电动机的应用广泛应用于于计算机的磁盘驱动器，绘图仪，自动记录仪，数控机床。3

2、.一般工作机械对步进电动机的要求（1）调速范围宽（2）动态性能好，能迅速起动、正反转、停转（3）加工精度较高。即要求一个脉冲对应的位移量小、并要求精确、均匀。即要求步进电动机步距角小、步距精度高、不丢步或失步。（4）输出转矩大，可直接带动负载。微电脑及电源指令步进电动机控制电脉冲传动齿轮机床工作台丝杠8.4.2步进电动机的工作原理以三相反应式步进电机为例组成：定子有六个磁极，每两对应的磁极绕有一相绕组。转子有四个均匀分布的齿，齿宽与定子磁极极靴宽度相等。U’W’V’VWU12341.三相单三拍运行方式单：每次只有一相绕组通电。三拍：三次切换为脉冲的一次循环。

3、U相通电：磁力线总是力图走磁阻最小的路径→在磁拉力作用下→转子齿轴线与U相磁极轴线重合。U’W’V’VWU1234U→V转子逆时针方向转过30θs=30ºU’W’V’VWU1234V→W转子再转过30ºVW3U’W’V’U124U→V→W→U转子一步步按逆时针方向转动。若改变通电相序U→W→V→U，电机反转2.三相双三拍运行方式通电方式UV→VW→WU→UV双拍运行方式的稳定性较好4321WUV’VW’U’WUV’VW’U’4321θs=30º3.三相六拍运行方式通电方式：U→UV→V→VW→W→WU→U六次切换为脉冲的一次循环。U相通电：转子齿轴线与U相的

4、定子轴线重合4321WUV’VW’U’U→UV：U.V相磁极同时作用于转子，转子逆时针方向转15ºUV→V：转子齿轴线与V相定子轴线重合。4321WUV’VW’U’432W1UV’VW’U’4.实际步进电动机的工作原理设转子齿数Zr=40相数m=3每一齿所占的空间角每一极距的空间角每一极距所占的齿数线错开1/m齿距。当某一相定子齿轴线与转子齿轴线重合时，相邻相的定子齿轴线须与转子齿轴UU’VV’WW’以三相单三拍为例U相通电：转子齿轴线与U相定子齿轴线重合U→V：转子逆时针方向转过300步距角单、双拍混合方式C=2C：运行状态系数：单拍或双拍方式C=1步进电

5、动机的转速8.4.3步进电动机的运行特性1.静态运行状态静态运行状态：不改变通电方式的工作状态（1）步距角与静态步距角误差步距角：切换一次脉冲，转子转过的角度步距角s=0.375~90º步距角误差：实际步距角与理论步距角之间的偏差。（2）稳定平衡位置TL=0，转子齿轴线与通电相定子齿轴线的夹角=0，出现扰动，转子偏离此位置，扰动消失，转子返回。若电源切除，转子的位置不变→自锁。（3）失调角转子偏离稳定平衡位置的电角度。一个转子齿对应的电角度为2。（电角度）=Zr×机械角度（4）矩角特性步进电动机的静转矩T与失调角之间的函数关系：1）=0转子上无

6、切向磁拉力T=02）=/2，切向磁拉力最大T=Tsm，作用反对定转子齿错开，T为负值。</2时，越大→T越大>/2时，增大→T减小。3）=时，切向磁拉力互相抵消，T=04）=3/2时，T=Tsm=0没有转矩</2转矩增加f=/2转矩最大f=转矩又等于零＞转矩反向f静稳定区稳定平衡点0TsmT1800-1800单相通电多相通电三相同时通电k=1+2cos（/m）两相通电k=2cos（/m）三相步进电动机两相同时通电0TsmT1800-1800TuTv三相步进电动机多相同时通电，不能提高Tuv·TvTu

7、Tuv··Tuv=Tu+Tv···最大转矩，但可以增加电机运行的稳定性Tuv=Tu=Tv四相步进电动机两相同时通电T0Tsm1800-1800TuTvTuv······2.步进运行状态脉冲频率很低，1/f>t步进电机过渡过程时间，转子到达稳定平衡点时，下一个脉冲未到，转子在稳定平衡点附近振荡。实际：步进电动机的转子上装有阻尼器3.连续脉冲运行状态（1）矩频特性Tdm=f(f)f在一定范围内T=cf↑一定值后，f↑→T↓i0Tt电流稳定值低频时0Tit高频时原因：1）定子绕组元件电感的影响，电感元件中的电流不能跃变，f低→t较长，电流平均值较大→f很高→t短

8、→i↓→T∝i，f↑→i↓→T↓2）铁心中的涡流损耗