步进电动机传动控制系统

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1、第7章步进电动机传动控制系统步进电动机（Stepmotor或Steppingmotor），是一种利用电磁感应原理，将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。每输入一个脉冲，电机就转过一个角度，运行一步，其运动形式是步进式的，故称为步进电动机。由于其输入的是脉冲电压，所以又称脉冲电动机或阶跃电动机。步进电动机的工作机理是基于最基本的电磁铁机理。第7章步进电动机传动控制系统步进电动机的运动是由一系列电脉冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了使电动机能够

2、输出足够的功率，经过环形分配器产生的脉冲信号还需要进行功率放大。环形分配器、功率放大器以及其他辅助电路统称为步进电机的驱动电源。步进电动机、驱动电源和控制器构成步进电动机传动控制系统，如图7.1所示。控制器环形分配器功率放大器步进电动机辅助电路驱动电源图7.1步进电动机传动控制系统框图7.1步进电动机工作原理及分类7.1.1步进电动机的结构与工作原理步进电动机的结构分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠加而成，绕有一定相数的控制绕组，由环形分配器送来的电脉冲对各相定子绕组轮流进行励磁。转子用硅钢片叠成

3、或用软磁性材料做成凸极结构；转子本身没有励磁绕组的叫做“反应式步进电动机”；用永久磁铁做转子的叫做“永磁式步进电动机”。步进电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理基本相同，下图是两相混合式步进电动机结构图。1．结构特点图7.2所示为一台三相反应式步进电动机的结构简图。其定子有6个磁极，每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组，由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。转子上有均布的四个凸齿。图7.2三相反应式(a)(b)步进电动机结构简图图7.3三相反应式步进电动机工作原理2.工作原理(1)基本工作原理步进电动机定子

4、绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步距角，用θb表示；改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。7.4单三拍通电方式时的转子位置（2）通电方式步进电动机的转速即取决于控制绕组通电的频率，又取决于绕组通电方式。步进电动机的通电方式一般有单相轮流通电方式、双相轮流通电方式和单双相轮流通电方式。1）单相轮流通电方式-运行的稳定性差。2）双相轮流通电方式-输出力矩较大，定位精度高而且不易失步。3）单双相轮流通电方式-步距角减小一倍。图7.5三相六拍通电方式7.1

5、.2小步距角步进电动机定子极面小齿和转子上的小齿位置符合下列规律：当U相的定子齿和转子齿对齐时，V相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向错开1/3齿距，而W相的定子齿又应相对于转子齿顺时针方向错开2／3齿距。也就是说，当某一相磁极下定子与转子的齿相对时，下一相磁极下定子与转子齿的位置刚好错开τ/m．其中，τ为齿距，m为相数；再下一相磁极下定子与转子的齿则错开2τ／m；依此类推。当定子绕组按U-V-W顺序轮流通电时，转子就顺时针方向一步一步地移动，各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。图7.6实际的三相

6、反应式步进电动机结构简图三相反应式步进电动机定子、转子展开图两相混合式步进电动机定子磁极上的齿与左右段转子齿的相对位置若以转子左段铁心作参考，当A1、A3极上的齿与转子齿对齐时，则有A2、A4极上的齿与转子槽相对，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转子齿1/4齿距，B2、B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿3／4齿距；在转子右段铁心，则A1、A3极上的齿与转子槽相对，A2、A4极上的齿与转子齿对齐，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转子3/4齿距，B2、B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿1／4齿距。结论

7、：通过以上分析可知，转子的齿数不能任意选取。因为在同一相的几个磁极下，定转子齿应同时对齐或同时错开，才能使几个磁极的作用相加，产生足够的反应转矩，而定子圆周上属于同一相的极总是成对出现的，所以转子齿数应是偶数。另外，在不同相的磁极下，定转子相对位置应依次错开1／m齿距，这样才能在连续改变通电状态下，获得连续不断的运动。否则，当某一相控制绕组通电时，转子齿都将处于磁路的磁阻最小位置上，各相绕组轮流通电时，转子将一直处于静止状态，电动机不能正常转动运行。为此，要求两相邻相磁极轴线之间转子的齿数为整数加或减

8、1／m。7.1.2小步距角步进电动机设转子的齿数为Z，则齿距角为因为每通电一次(即运行一拍)，转子就走一步，故步距角为式中：K为状态系数，相邻两次通电相数一致时K=1，如单、双三拍时；反之则K=2，如三相六拍时。若步进电动机的z=40，三相单三拍或三相双三拍时，其步距角为若按三相六拍运行时，其步距角为7.1.2小步距角步进电动机如果步进电动机电定子各相绕组轮流通电的脉冲的频率为f，步距角θb的单位为(o)，则步进电动机的转速(单位为r／min)为可知，步