电机与拖动技术基础第11章 步进电动机
电机拖动控制(机电传动控制)11-步进电机
第十三章步进电机13.1步进电动机的结构与原理1.概念：概念步进电动机或称脉冲电动机，是一种将输入脉冲信号转换成输出轴的角位移（或直线位移）的执行元件。
步进电动机每输入一个脉冲信号，便转动一个确定的角度（称为：步距角）。
输出轴转过的总角度是与输入脉冲的个数成正比，输出轴转速与出轴转过的总角度是与输入脉冲的个数成正比输出轴转速与脉冲的频率和歩距角成正比。
N n fθβ∝∝2.结构定子：硅钢片叠成定子：凸极式相：每两个相对的磁极上绕有一个线圈，构成一相。
控制线圈三相：六个极，三个绕组，构成三相13113.1 三相反应式步进电动机的结构示意图转子：材料：硅钢片或软磁材料4个凸极、无绕组3.类别：按励磁方式分为：反应式转子无励磁绕组磁阻式反应式：转子无励磁绕组，磁阻式永磁式：转子为永久磁铁混合式（永磁感应式）按输出转矩分类为快速步进电动机07N 4N 按输出转矩分类为：快速步进电动机0.7 Nm~ 4 Nm ；功率步进电动机T=5 Nm~ 4 0Nm ；4.特点：fn N θβ∝∝●线性好，无累计误差，可变频调速；●抗干扰能力强；●转动惯量小能快速起动反转与制动在一相绕●转动惯量小，能快速起动、反转与制动。
在相绕组通电的情况下有自锁能力。
5.工作原理（1）工作原理：电磁铁原理：定子绕组通电，在铁心中产生磁场，总是力图沿磁阻最小的路径通过。
这种磁场力产生力矩，使转转动当达到最短路径的位置则自锁使转子转动，当达到最短路径的位置则自锁。
转子自锁位置定子绕组通电顺序（顺时针）转子自锁位A B C转子顺时针转向100A---1A’---3010B---2B---4B2’4 001C3C1C---3’----1 100A---4A’---2图13.2 单三拍通电方式时转子的位置（ａ）Ａ相通电图13.2 单三拍通电方式时转子的位置（ｂ）Ｂ相通电图13.2 单三拍通电方式时转子的位置（ｃ）Ｃ相通电图13.2 单三拍通电方式时转子的位置（ａ）Ａ相通电图13.3 步进电机的通电方式（a）A相通电图13.3 步进电机的通电方式（b）A、B相通电图13.3 步进电机的通电方式（c）B相通电图13.3 步进电机的通电方式（d）B 、C相通电13.3B6. 步进电动机的主要特性（1）矩角特性——电磁转矩随偏转角度变化的关系近似为正弦曲线（2）启动惯频特性——启动频率与负载转动惯量的关系空载时，由静止突然启动且不失步所允许的最高启动空载时由静止突然启动且不失步所允许的最高启动频率，称为启动频率或突调频率（3）运行频率特性不失步运行的最高脉冲频率（4）矩频特性负载转动惯量一定且稳态运行时的最大输出转矩与脉冲频率的关系。
电机与拖动基础课件
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寿命：电机的预期使用寿命
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环境适应性：电机对环境的适应能力
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安全性：电机的安全性能
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可靠性：电机的可靠性指标
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维护性：电机的维护性能
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经济性：电机的经济性能指标
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环保性：电机的环保性能指标
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智能化：电机的智能化程度
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模块化：电机的模块化程度
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标准化：电机的标准化程度
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系列化：电机的系列化程度
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通用性：电机的通用性指标
应用：广泛应用于各种工业设备和家用电器中
电动机： 广泛应用 于各种机 械设备如 电动工具、 家用电器 等
发电机： 用于发电 如风力发 电、水力 发电等
电动机： 用于驱动 各种交通 工具如电 动汽车、 电动自行 车等
电动机： 用于驱动 各种工业 设备如机 床、起重 机等
电动机： 用于驱动 各种家用 电器如电 冰箱、洗 衣机等
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电机与拖动基础课件概述
课程目标：掌握电机与拖 动的基础知识
课程内容：包括电机原理、 拖动系统、控制技术等
教学方法：理论与实践相 结合注重实践操作
课程评价：通过考试和实 践操作进行评价
课程应用：应用于电气工 程、自动化等领域
电机与拖动专业的 学生
电机与拖动领域的 工程师
电机与拖动技术的 研究人员
对电机与拖动技术 感兴趣的人士
电机与拖动 基础概述
电机的分类 及特点
拖动系统的 组成及工作 原理
电机与拖动 系统的控制 方法
电机与拖动 系统的应用 实例
《电机与拖动基础》教学大纲
山西大同大学工学院《电机与拖动基础》教学大纲大纲适用：自动化专业、电气工程及自动化等相关专业总学时：80学时，4学分编写：机电工程系执笔：王官升一、大纲说明（一）课程的性质和任务本课程是自动化专业、电气工程及自动化等相关专业的一门专业技术基础课，其任务是使学生掌握电机的基本结构、工作原理和性能参数，电力拖动系统的各种运行方式、动静态性能分析以及电机选择和实验方法，电力拖动系统的基本理论，计算方法；同时要求掌握基本的实验方法和操作技能以及常用电气仪表（器）的使用。
为进一步学习“电力电子拖动自动控制系统”、“PLC控制系统”等课程准备必要的基础知识。
（二）本课程与其它课程的关系学习本课程必须具备“电路原理”或“电工基础”课程的基本知识。
三、教学内容及基本要求绪论第一章电机的基本原理第一节电磁感应掌握电磁感应定律及物理意义第二节机电能量转换基本原理了解磁路的基本概念和分析方法第三节电机的基本结构与工作原理掌握电机的基本原理和结构第四节电机的能量损耗与发热理解电机的能量损耗与发热过程第二章电力拖动系统的动力学基础第一节电力拖动系统的运动方程掌握电力拖动的系统的运动方程，并能熟练运用于电力拖动系统的分析和研究第二节生产机械的负载转矩特性了解生产机械的负载特性，掌握各种负载特性的特点第三节电力拖动系统的稳态分析——稳定运行的条件掌握电力拖动系统的稳态分析方法，并能用于分析电力拖动系统的稳定问题第四节电力拖动系统的动态分析——过渡过程分析第五节多轴系统电力拖动系统的简化第三章直流电机原理第一节直流电机工作原理及结构掌握直流电机的基本原理和结构第二节直流电机电枢绕组磁场掌握直流电机的电枢绕组和磁场的磁通分布第三节电枢绕组感应电动势和电磁转矩掌握感应电动势和电磁转矩的计算方法第四节直流电机的基本方程和工作特性了解直流电机的基本方程和工作特性第四章直流电动机拖动基础第一节直流电动机机械特性分类第二节他励直流电动机的机械特性了解他励直流电动机的机械特性第三节他励直流电动机的起动了解他励直流电动机的起动第四节他励直流电动机的调速掌握他励直流电动机的调速指标、方法、方式与负载类型第五节他励直流电动机的制动了解他励直流电动机的制动第六节他励直流电动机的四象限运行第五章变压器第一节变压器的用途、结构及铭牌掌握变压器的基本原理与结构第二节变压器的空载运行和负载运行了解变压器的空载运行和负载运行第三节变压器的等效电路和参数测定掌握变压器的等效电路和参数测定第四节变压器的运行特性了解变压器的运行特性第五节三相变压器掌握三相变压器的结构特点第六节其它用途的变压器第六章交流电机的旋转磁场理论第一节电枢绕组的磁动势了解电枢绕组的磁动势第二节旋转磁场的形成和特点理解旋转磁场的形成和特点第三节交流电机的主磁通和漏磁通理解交流电机的主磁通和漏磁通第七章异步电机原理第一节概述第二节三相异步电动机的结构及工作原理掌握异步电机的结构和运行方式第三节异步电动机转子静止时的电磁关系掌握异步电动机的电磁关系第四节异步电动机转子旋转时的电磁关系理解异步电动机的功率关系，转矩的关系第五节对称运行的等值电路及相量图第六节负载运行的功率和转矩第七节异步电动机负载运行的功率和转矩第八节三相异步电动机的工作特性了解异步电机的工作特性第八章同步电动机的原理第一节同步电动机的结构和工作原理掌握同步电动机的结构和基本工作原理第二节同步电动机电压方程式和相量图第三节同步电动机电压平衡方程式和相量图能掌握同步电动机的电压方程和相量图第四节同步电动机功率方程功角特性理解同步电机的功率方程和功角特性第五节同步电动机的功率因数及U形曲线理解同步电动机的功率因数调节和U形曲线第八章交流电机拖动基础第一节异步电动机的机械特性理解异步电动机的机械特性第二节异步电动机的起动掌握异步电动机的起动方式第三节异步电动机的调速了解异步电动机的调速方法第四节异步电动机的制动了解异步电动机主要的三种制动方法第十章电力拖动系统电动机的选择第一节电动机的型号和铭牌参数理解电动机的型号和铭牌参数第二节电动机的绝缘等级与工作制分类了解电动机的绝缘材料及工作制分类第三节不同工作制下电动机的功率选择了解电动机不同工作制下的功率选择第四节电动机额定数据的选择理解电动机的额定数据第十一章特种电机第一节单相异步电动机掌握单相异步电动机的工作原理及分类第二节磁阻式同步电动机了解磁阻式同步电动机的工作原理、基本结构与起动问题第三节磁滞式同步电动机了解磁滞同步电动机的基本结构及工作原理第四节步进电动机了解步进电动机的基本结构及工作原理第六节直线电动机了解直线电动机的基本结构及工作原理。
步进电动机课件ppt
描述了步进电动机转速与输入脉冲频率之间的关系，也称动态机械特性。
03
CATALOGUE
步进电动机的控制方法
开环控制
脉冲控制
通过控制脉冲的数量和频率来控 制步进电动机的旋转角度和速度
。
方向控制
通过控制脉冲的顺序来控制步进电 动机的旋转方向。
步进模式
通过控制脉冲的数量来控制步进电 动机的旋转步数和位置。
软件细分
通过在软件中设置细分参数对步进电动机进行细 分控制，以实现更精细的控制。
自动细分
通过自动调整细分参数，以实现最佳的控制效果 。
04
CATALOGUE
步进电动机的驱动电路
单电压驱动电路
电阻分压器
通过电阻分压器将电源电压分成适当的电压，为步进电动机的各 相绕组提供驱动信号。
环形分配器
将驱动信号分配给各相绕组，使各相绕组按顺序通电或同时通电。
高精度化
为了满足高精度加工和测量需求，步进电动机的精度不断提高。
多样化
不同类型的步进电动机不断涌现，以满足不同领域的需求。
技术瓶颈与挑战
控制精度
步进电动机的控制系统对精度影响较大，如何提高控制精度是当前 面临的一个难题。
可靠性
由于步进电动机的运行速度较高，对其可靠性和稳定性要求也较高 ，如何保证长时间稳定运行也是一个挑战。
自动化生产
步进电动机可用于驱动自动化生产线上的机械臂、传送带等设备，提高生产效率 。
质量控制
步进电动机可用于控制机器视觉系统，对生产线上的产品进行质量检测和筛选。
在打印机等办公设备中的应用
打印机
步进电动机在打印机中用于控制打印头的移动，实现高精度 的打印效果。
复印机
电机与拖动 总复习二 课堂笔记及练习题
电机与拖动总复习二课堂笔记及练习题主题：总复习二学习时间：2017年1月30日--2月5日内容：我们这周主要复习课件6-11章涉及的基本概念。
希望通过下面的内容能使同学们加深对这几章内容基本概念的理解。
一、控制电机控制电机主要用于自动控制系统中作为检测、比较、放大和执行元件，其主要任务是转换和传递控制信号。
控制电机的种类繁多，其中包括：1.伺服电动机伺服电动机是应用在伺服系统中的驱动电动机（或称为执行元件），以实现对机械位置或角度的自动控制。
伺服电动机具有可控性好、响应速度快、定位准确、调速范围宽等特点。
按工作电源的不同，伺服电动机分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。
2.步进电动机步进电动机又称为脉冲电动机，其功能是将电脉冲信号转变为响应的角位移或线位移。
步进电动机作为执行元件用于数字控制系统中，按照控制脉冲的要求，迅速起动、反转、制动和无级调速，运行时能够不失步，无积累误差、步距精度高，广泛用于数控机床、打印机、绘图仪、机器人控制、石英钟表等场合。
步进电动机按结构分类，有反应式、永磁式和永磁感应式3种。
3.测速发电机测速发电机是一种把转速信号转换成电压信号的测量元件（或称信号元件），与伺服电动机的运行状态正好相反。
作为测量元件，要求测速发电机的输出电压与转速成严格的线性关系，且斜率要大，以保证有高的精度和灵敏度。
测速发电机分为直流测速发电机和交流测速发电机。
直流测速发电机按励磁方式又分为他励式和永磁式。
4.自整角机自整角机是一种感应式交流电机，能够实现转角与电信号的相互转换。
它广泛应用于角度、位置等指示系统和随动系统中，实现角度的传输、变换和指示，使机械上互不相连的两根或多根轴同步偏转或旋转（对角位移或角速度的偏差自动整步）。
自整角机通常是两台或多台组合使用，装在主令轴上的是自整角发送机，用以接收主令轴的转角信号，装在从动轴上的是自整角接收机，用以接收发送机的信号，使从动轴随主令轴同步转动。
电机与拖动基础
电机与拖动基础1. 介绍电机是一种将电能转化为机械能的装置，在现代工业和生活中应用广泛。
它能够通过提供旋转力矩来驱动机械系统，实现物体的拖动、转动等运动。
本文将介绍电机的基本原理和拖动的基础知识，帮助读者更好地理解电机与拖动的关系。
2. 电机的分类根据电机的工作原理和结构特点，电机可以分为多种类型。
常见的电机类型包括直流电机、交流电机、步进电机等。
以下是对每种电机类型的简要介绍：2.1 直流电机直流电机是一种利用直流电源供电的电机。
它由直流电机主体和电刷组成，通过电刷与电机的转子之间的接触，实现了电功率向机械功率的转换。
直流电机具有转速可调的特点，适用于需要精确控制转速的应用。
2.2 交流电机交流电机是一种利用交流电源供电的电机。
根据转子结构的不同，交流电机可以分为异步电机和同步电机两类。
异步电机是最常见的交流电机类型，它的转速受到电源频率和负载变化的影响。
同步电机具有与电源频率同步运行的特点，适用于需要匹配电源频率的应用场景。
2.3 步进电机步进电机是一种具有离散位置输出的电机。
它将旋转运动转换为沿固定方向前进一定步数的运动，并具有良好的定位控制能力。
步进电机适用于需要精确控制位置和运动的应用，如打印机、数控机床等。
3. 电机拖动基础知识拖动是指电机输出力矩驱动机械系统产生运动的过程。
在实际应用中，电机的拖动往往需要通过传动装置来实现。
以下是电机拖动的基础知识：3.1 传动装置传动装置是将电机的转动力矩和转速传递给机械系统的装置。
常见的传动装置包括齿轮传动、皮带传动、链传动等。
不同的传动装置适用于不同的应用场景，例如齿轮传动适用于需要高扭矩传递和精确配合的场合，而皮带传动适用于需要减震和减速的场合。
3.2 传动比传动比是传动装置中输入轴和输出轴转速之间的比值。
它可以通过齿轮齿数之比、皮带滑动比等方式表示。
传动比的选择对于电机的拖动效果和性能具有重要影响。
传动比的增大可以提高输出扭矩，降低输出速度，但也会引入传动误差和能量损失。
《电机与拖动》课程标准
《电机与拖动》课程标准一、课程说明二、课程定位本课程是电气类专业必修课，在人才培养方案中起承上启下的作用，具有十分重要的地位，为后续专业课程的学习及从事电工安装、维护等工作打下良好的理论和专业技术技能基础。
通过本课程的学习，使学生掌握各类电机的工作原理、基本结构及运行特性，掌握直流和交流电力拖动系统的组成、起动、制动和调速的分析计算方法及必要的测试技能，从而能合理地使用电机以满足后续专业课对该方面知识的需要，同时也为学生在今后从事专业技术工作中，保证电机工作稳定、可靠和经济运行打下扎实基础。
三、设计思路本课程来源于维修电工所需知识、技能、素质及能力分析所整合的典型工作任务相关学习领域。
通过行为导向的项目式教学，加强学生实践技能的培养，培养学生的综合职业能力和职业素养；独立学习及获取新知识、新技能、新方法的能力；与人交往、沟通及合作等方面的态度和能力。
四、课程培养目标通过本课程的学习，使学生掌握各种电机的基础理论和拖动的基础知识，培养学生独立思考、钻研探索的兴趣，在平时学习实践中不断获取成就感、满足感和兴奋感，具有收集和处理信息的能力、获取新知识的能力、综合运用所学知识分析和解决问题的能力，形成良好的思维习惯、工作方法和科学态度，在未来的岗位上有能力进一步学习新技术，解决新问题。
具体目标如下：1．专业能力（1）掌握常用交、直流电机、特种电机的基本结构和工作原理；（2）掌握电机的机械特性，起动、制动、调速控制等电路结构与工作原理；（3）掌握单相、三相变压器的特性及应用，变压器结构与原理；（4）掌握基本的实验方法和操作技能以及常用电气仪表（器）的使用；（5）掌握一定的电磁计算方法，培养学生运算能力；（6）懂得应用电机基本理论分析电机及拖动的实际问题；（7）熟悉电机与电力拖动系统的基本的实验方法与技能；（8）懂得正确合理选择各种电机和变压器的能力；（9）能够处理电机运行常见故障的能力；（10）能够正确使用各种电工工具。
电机与拖动技术
答：（1）同步电机做电动机运行时起到起动绕组的作用，正常运行时起稳定作用：（2）同步电机做发电机运行时作为阻尼作用，起到稳定电机的作用。
26、简答同步调相机工作原理。P224
答：通过调节转子励磁电流的大小，不仅可以调节无功功率的大小，还可以改变无功功率的性质。过励时，电枢电流超前电压90⁰，调相机向系统送出无功功率（或者从系统吸收容性无功功率）；正常时，电枢电流为零，调相机没有功率输出；欠励时，电枢电流滞后电压90⁰，调相机从系统吸收感性无功功率。
（2）根据电源的不同，电机可分为直流电机和交流电机两大类；
（3）根据电机的结构，电机可分为变压器和旋转电机两大类。
2、简答工业上应用电力拖动的阶段。
答：分三个阶段:（1）成组电力拖动；（2）单机电力拖动；（3）多机电力拖动。
3、直流电动机的优点。
答：直流电动机具有起动和调速性能好、过载能力大及容易控制等优点。
4、简答直流电机机座的作用。
答：机座用来固定主磁极、换向极和端盖，起到整个电机的支撑和固定作用。
5、简答直流电动机单叠绕组特点。
答：（1）位于同一磁极下的各元件串联起来组成一条支路，并联支路对数等于极对数；
（2）当元件形状左右对称、电刷在换向器表面的位置对准磁极中心线时，正、负电刷间的感应电动势最大，被电刷短路的元件中的感应电动势最小；（3）电刷刷杆数等于极数。
23、简答同步电机转子结构。P212
答：同步电机的转子与异步电机有所不同，而与直流电机类似，主要由转轴、磁极、电刷、滑环和轴承等部分组成。根据磁极的外部结构，可分为凸极式和隐极式两种。
24、简述同步电机励磁方式。P215
答：分两大类：一类是用直流发电机作为励磁电源的直流励磁机励磁系统；另一类是用硅整流装置将交流转化成直流后供给励磁的整流器励磁系统。
电机与电气控制(第4版)课件全套 第1--5篇 直流电机及拖动---电气控制技术
第5章 三相变压器
内容提要 三相变压器的磁路结构及特点。 三相变压器的电路系统。 判断绕组极性的方法。 电力系统常采用多台变压器并联运行的意义，以及变压器并联运行的条件。
第6章 其他用途的变压器
内容提要 自耦变压器的结构特点、电磁关系、容量以及使用时的注意事项。 仪用互感器的结构特点、工作原理以及互感器与被测线路的连接方法、使用中的注意事项。 电弧焊工艺对电焊变压器的要求；电焊变压器应具有急剧下降的外特性；其输出电流I2在一定 范围内应具有可调性；为实现I2可调所采用的方法不同，便有不同的电焊变压器。这些电焊压器 均有着不同的结构特点。
第4章 单相变压器
内容提要 变压器的用途和结构。 变压器的运行原理。 阐述分析变压器运行的三种方法—电磁平衡关系、等值电路和向量图。 变压器参数的测定。 衡量变压器运行性能的重要标志是外特性和效率特性。掌握这些知识为选择、使用、维护变 压器奠定基础。
3．变压器的效率特性 当变压器电源电压和功率因数一定时，效率 随负载电流 （即负载系数 ）的变化关 系 称为变压器的效率特性，其变化规律如图4.29所示。
第1章 直流电机原理
内容提要 本章主要讲述直流电动机的基本工作原理；直流电动机的结构以及各部件的作用，重点介
绍能量转换的核心部件—电枢绕组不同形式的连接规律和特点。 感应电势和电磁转矩的计算。 直流电动机不同励磁方式的特点。 直流电机的磁场以及改善换向的方法。
1.1 直流电机基本工作原理
（4）单叠绕组和单波绕组的应用。
1.3.2 直流电机的磁场
1．直流电动机的分类 （1）直流他励电动机。 （2）直流并励电动机。 （3）直流串励电动机。 （4）直流复励电动机。
3．改善换向的方法 产生火花的电磁原因是换向元件K中出现了附加电流 ，因此要改善换 向，就得从减小甚至消除附加电流 着手。
电机及拖动基础教学课件讲义教材
电机及拖动基础教学课件目录绪论第1章直流电机原理1.1直流电机的基本工作原理1.1.1 直流发电机的工作原理1.1.2 直流电动机的工作原理1.2直流电机的主要结构及用途1.2.1 主要结构1.2.2 直流电机的铭牌数据1.2.3 直流电机的用途和分类1.3直流电机的电枢绕组1.3.1 单叠绕组1.3.2 单波绕组简介1.4直流电机的磁场1.4.1 直流电机的空载磁场1.4.2 直流电机负载时的磁场和电枢反应1.4.3 直流电机的励磁方式1.5直流电机的换向1.5.1 直流电机的换向问题和换向极绕组1.5.2 直流电机的补偿绕组小结思考题习题参考文献第二章直流电机的运行和拖动2.1直流电机的运行原理和特性；2.2他励直流电机的机械特性；2.3他励直流电机的起动；2.4他励直流电机的调速；2.5他励直流电机的电动与制动运行第三章变压器3.1变压器的基本工作原理和结构；3.2单相变压器的空载运行；3.3单相变压器的负载运行；3.4变压器参数的确定；3.5变压器的运行特性；3.6三相变压器；3.7自耦变压器第四章三相异步电动机原理4.1异步电动机的基本工作原理；4.2异步电动机的结构及用途；4.3异步电动机的定子绕组；4.4三相异步电动机的电磁关系；4.5三相异步电动机的功率与转矩；4.6三相异步电动机的工作特性；4.7三相异步电动机参数的测定第5章三相异步电动机的运行与拖动5.1 三相异步电动机的运行特性5.1.1 机械特性的物理表达式5.1.2 机械特性的参数表达式5.1.3 机械特性的实用表达式5.1.4 机械特性的固有特性和人为特性5.1.5 稳定运行问题5.2 三相异步电动机的起动5.2.1 三相异步电动机直接起动的问题5.2.2 三相鼠笼式异步电动机的降压起动5.2.3 三相绕线式异步电动机的起动5.3 三相异步电动机的制动5.3.1 能耗制动5.3.2 反接制动5.3.3 回馈制动5.4 三相异步电动机的调速5.4.1 三相异步电动机的降定子电压调速5.4.2 绕线式异步电动机转子回路串电阻调速5.4.3 电磁转差离合器调速5.4.4 绕线式异步电动机的串级调速5.4.5 变极调速5.4.6 变频调速小结习题第六章控制电机6.1 伺服电动机6.2步进电动机6.3测速发电机6.4自整角机6.5旋转变压器6.6小结第七章电动机的选择7.1电动机的发热与冷却7-2电机的绝缘材料和允许温升7.3电动机的工作方式7.4电动机的负载功率计算7.5电动机的容量选择7.6小结电机及拖动基础教学课件第1章 直流电机原理摘要：本章分析直流电机的工作原理、结构、电路、磁路及换向等问题，为电力拖动自动控制系统提供元件的基本知识。
电机拖动基础
电机拖动基础摘要:本文介绍了数控机床中应用步进电机的基本概念、常用的几种驱动方式及步进电机的工作原理，分析调频调压原理，采用单片机实现分频段调压，达到消减低频振荡的目的。
硬件实现方法简单、系统可靠性强。
步进电机具有仅有周期性误差、精度高、能够用改变脉冲频率达到调速和正反转控制等，因为这些显著的特点，它已经成为机电一体化的一个重要产品，在自动化控制中得到广泛运用。
配合微电子及计算机的发展，尤其是数控系统对步进电机的需求日益增加，全世界都在大力发展这一技术，我国数控系统的发展也取得了不少进步，自主研发了适合国情的各种数控系统，这对于步进电机控制的研究也很重要。
1.数控机床数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。
它的控制系统可以处理控制编码或者别的符号指令规定的程序，在进行译码，使得机床动作数控折弯机。
数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。
如下图是数控机床的组成框图。
工作原理：用数控机床进行加工，首先必须将工件的几何数据和工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。
数控系统对输入的加工程序进行数据处理，输出各种信息和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。
伺服系统由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。
对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。
每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。
如三轴联动的机床就有三套驱动系统数控机床和普通机床比具有以下几个特点:⑴适应性强由于数控机床能实现多个坐标的联动，所以数控机床能加工形状复杂的零件，特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的零件，加工非常方便。
电机拖动基础课件
电流元受电磁力的大小及方向由安培定律来描述，为 df = idl × B
式中dl为线元；i 为电流元，方向同电流的方向；B 为电流元所在处的磁感
应强度；df为磁i 场对电流元的作用力。
在均匀磁场中，若载流直导线与方向垂直、长度为、流过的电流
为，载流导线所受的力为，则
f = Bli
（1.6）
B的方向由左手定则来判定，即把左手伸开，大拇指与其他四指垂直，
同步电机中得到一定的应用。 旋转磁极式——主磁极装设在转子上，电枢装设在定子上。对于高压、大容量
的同步电机，通常采用旋转磁极式结构。由于励磁部分的容量和电压常较 电枢小得多，电刷和集电环的负载就大为减轻，工作条件得以改善。目 前，旋转磁极式结构已成为中、大型同步电机的基本结构型式。
3
第十章 同步电动机
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第一章 绪论
1.３ 电机理论常用基本电磁量和所遵循 的基本电磁定律
由于电机是利用电磁感应和电磁力原理来进行能量传递和转 换，因此有必要先复习在先修课中讲过的几个常用基本电磁量 和电磁定律。
77
第一章 绪论
1.3.1 磁感应强度B
描述磁场强弱及方向的物理量是磁感应强度B，往往采用磁力 线来形象地描绘磁场，磁力线可以看成是无头无尾的闭合曲 线。磁感应强度与产生它的电流之间的关系用毕奥-萨伐尔定律 描述，磁力线方向与产生该磁场的电流的方向满足右手螺旋关 系。
铁磁材料在交变磁场作用下的反复磁化过程中，磁畴会不停转动， 相互之间会不断摩擦，因而就要消耗一定的能量，产生功率损耗。这种 损耗称为磁滞损耗。磁滞损耗与磁滞回线的面积、电流频率和铁心体积 成正比。
铁磁材料在交变磁场将有围绕磁通呈涡旋状的感应电动势和电流产 生，简称涡流。涡流在其流通路径上的等效电阻中产生的损耗称为涡流 损耗。涡流损耗与磁场交变频率、厚度和最大磁感应强度的平方成正 比，与材料的电阻率成反比。由此可见，要减少涡流损耗，首先应减小 厚度，其次是增加涡流回路中的电阻。电工钢片中加入适量的硅，制成 硅钢片，显著提高电阻率。
11-电机与拖动基础
《电机与拖动基础》课程教学大纲一、课程性质本课程是理工科电气自动化类专业的必修专业技术基础课。
它既是研究电机及电力拖动系统基础理论的学科，又可以作为一门独立的技术应用课，直接为工农业生产服务。
本课程的先修课程有《高等数学》、《大学物理》和《电路理论》。
后续课为《电力拖动自动控制系统》等专业课程。
二、教学目的本课程的理论性与实践性都很强，通过本课程学习，使学生掌握各种电机的基本结构与工作原理，独立分析电力拖动系统各种运行状态，掌握有关计算方法，合理地选择和使用电动机，为后续电力拖动自动控制系统等专业课打下坚实基础，同时为从事电气自动化工程技术工作和科学研究奠定初步基础。
三、教材教参教材：《电机与拖动基础》（第二版）；李发海、王岩编著；清华大学出版社；1994年6月。
教参：1.《电机及拖动基础》，顾绳谷，机械工业出版社，2000年出版；2.《电机与拖动基础》，汤天浩，机械工业出版社，2004年7月出版；3.《电机及拖动基础习题集与实验指导书》，张松林，机械工业出版社，1996出版。
四、教学方式本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式组织教学，亦可采用多媒体辅助手段。
五、教学内容及时数根据自动化专业人才培养方案，本课程总的教学时数为64学时，其中讲授52学时，实践8学时，习题4学时。
具体如下：1.直流电机（12学时，其中讲授10学时，实践2学时）基本内容：直流电机的基本工作原理、结构、铭牌数据和系列、绕组、励磁方式、电枢反应、电磁转矩和感应电动势、稳态运行时的平衡关系、工作特性及换向等。
重点：直流电动机的基本工作原理，包括励磁方式、电动势平衡、功率平衡、工作特性等。
难点：并励直流发电机的自励问题，理解直流电机的运行特性和工作特性。
新知识点：电枢反应与换向定性分析。
2.直流电动机的电力拖动（8学时，其中讲授6学时，实践2学时）基本内容：他励直流电动机的机械特性，他励直流电动机的起动、制动及调速。
重点：他励电动机的机械特性及各种运行状态，应将各种运行状态的物理概念，固有及人为特性分析清楚。
《电机与拖动》教学大纲
《电机与拖动》教学大纲课程名称：电机与拖动英文名称：Motors and Electric Drives课程性质：专业教育必修课程课程编号：O131009所属院部：机电工程学院周学时：4学时总学时：75学时（理论学时60;实验学时15）学分：4学分教学对象（本课程适合的专业和年级）：机械设计制造及其自动化专业（专升本）2011级学生预备知识：高等数学、物理学、电工学、电子技术、工程力学、机械制图等。
课程在教学计划中的地位和作用：本课程为专业基础课，其作用是承前启后，为后续课程打基础，培养学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力。
教学方法：讲授、讨论、实验教学的目的和要求：使学生掌握变压器与各种电机的基本结构、工作原理和运行性能，独立分析电力拖动系统各种运行状态，掌握有关计算方法，合理地选择和使用电动机，为毕业后从事专业技术工作做好基本培养和锻炼。
要求重点掌握变压器、异步电机、电动机的选择和电力拖动系统的动力学部分，同步电机、直流电机和控制电机部分作为一般掌握内容。
课程教材：唐介主编.电机与拖动（第二版）. 北京：高等教育出版社，2007参考书目：［1］彭鸿才主编.电机原理及拖动. 北京：机械工业出版社，2007年.［2］周顺荣编著.电机学.北京：科学出版社，2002年.［3］电机及电气技术实验装置实验指导书.杭州：浙江天煌科技实业有限公司考核形式：闭卷考试编写时间：2012年1月制定课程内容及学时分配：注：根据需要，课时可作适当调整。
绪论（2学时）学习要求：了解本课程的性质与特点，掌握学好这门课的方法。
教学重点：学习方法第1章磁路（4学时）学习要求：掌握常用基本物理量和基本定律，为学好本课程打好基础。
教学重点：铁磁材料与磁路。
第2章变压器（8学时）学习要求：1.了解变压器的主要结构、基本工作原理及主要额定值的意义。
2.掌握变压器负载运行时的等值电路、相量图、基本方程式以及运行性能。
3.熟悉三相变压器的联接组别。
电机与拖动基础
电机与拖动基础1. 介绍本文档将介绍有关电机和拖动的基础知识。
电机是一种将电能转换为机械能的装置，常用于各种机械系统中。
在许多应用中，电机的转动需要通过一些拖动装置来实现。
我们将详细讨论电机和拖动的基本原理、不同类型的电机和拖动装置，以及它们的应用领域。
2. 电机基础2.1 电机的工作原理电机的工作原理基于电磁感应和洛伦兹力定律。
当电流通过电机的线圈时，产生的磁场与永久磁铁或其他磁场相互作用，导致电机产生旋转力矩。
这个旋转力矩可以用于驱动各种机械系统。
2.2 电机的分类根据电源类型和构造方式，电机可以分为直流电机和交流电机两大类。
直流电机通常由电枢和磁极组成，可以根据不同的连接方式分为串联、并联和复合式直流电机。
交流电机可以分为异步电机和同步电机，其中异步电机包括感应电动机和异步电动机，同步电机包括同步发电机和同步电动机。
2.3 电机的控制方式电机的控制方式包括直接启动控制，启动进行加速后切换到运行控制，以及使用变频器控制电机转速。
直接启动控制是最简单的方式，它直接将电源连接到电机，以达到启动和停止的目的。
启动进行加速后切换到运行控制是在启动阶段使用额外的电路元件来调整电机的转速和运行状态。
变频器控制电机转速需要使用特殊的装置来控制电机的输入频率。
3. 拖动基础3.1 拖动的定义拖动是使用一些装置或机械元件来将电机的输出运动传递到其他部件或系统的过程。
拖动可以通过传动装置、传动链、传动带等方式实现。
3.2 传动装置常见的传动装置包括齿轮传动、带传动和链传动。
齿轮传动通过齿轮的啮合来传输力和转矩。
带传动通过传动带的摩擦来传输力和转矩。
链传动通过链条的拨动来传输力和转矩。
3.3 传动链传动链是一种将电机的旋转运动传递到其他部件的装置。
常见的传动链包括链条传动和滚子链传动。
链条传动由多个链环组成，在传动过程中链环与链轮之间产生相互啮合的动作。
滚子链传动是通过滚子链条来传递电机运动的，滚子链条的链环上有滚子链节，它通过滚子与齿轮之间进行啮合来传输力和转矩。
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反应式步进电动机转速取决于脉冲频率、转子齿 数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关
11.2 其他形式的步进电动机
11.2.1 永磁式步进电动机 1．永磁式步进电动机的结构 定子上有两相或多相绕组 转子为一对或几对极的星 形磁铁 转子的极数与定子每相的 极数相同
360 2mp
11.2 其他形式的步进电动机
11.3步进电动机的驱动与控制
表11-1 步进电动机三相六拍环形控制表（正转）
控制节拍 1 2 3 4 5 61 1 0 0 0 1
控制方向 01H 03H 02H 06H 04H 05H
方向 反转
正转
11.3步进电动机的驱动与控制
360 mZC
C为状态系数，当采用单三拍或双三拍方式时，C=1； 当采用单、双六拍时，C=2。
11.1步进电动机的结构和工作原理
11.1.2反应式步进电动机的工作原理 步进电动机转速
60 f 60 f 360 60 f f n (r / min) ZmC ZmC 360 360 6
11.2 其他形式的步进电动机
11.2.2感应子式步进电动机 转子磁铁充磁后，一端(如图中A端)为N极，则A端转子铁 芯的整个圆周上都呈N极性， B端转子铁芯则呈S极性。 当定子A相通电时，定子1 - 3 - 5 - 7极上的极性为N - S N - S，这时转子的稳定平衡位置就是图11-5所示的位置， 即定子磁极1和5上的齿在B端与转子的齿对齐，在A端则 与转子槽对齐，磁极 3 和 7 上的齿与A端上的转子齿及B 端上的转子槽对齐，而B相 4 个极(2、 4、 6、 8 极)上的 齿与转子齿都错开1/4齿距。
第11章 步进电动机
11.1步进电动机的结构和工作原理
11.2 其他形式的步进电动机 11.3步进电动机的驱动与控制 11.4步进电动机的应用
11.1步进电动机的结构和工作原理
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或 线位移的一种控制电动机。其运行特点是每输人 一个电脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进 一步。 11.1.1反应式步进电动机的结构
定子铁芯由硅钢片组成，定子上有均 匀分布有六个磁极，磁极上绕有控制 绕组，两个相对磁极组成一相，故共 有三相绕组 转子铁芯由硅钢片组成，转子铁芯上 没有绕组，转子具有均匀分布的四个 齿，且转子齿宽等于定子极靴宽。
11.1步进电动机的结构和工作原理
11.1.2反应式步进电动机的工作原理
当A相时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，所以转子齿1和3的轴线 与定子A极轴线对齐。同理，当断开A相接通B相时，转子便按逆时针方向转过 30°，使转子齿2和4的轴线与定子B极轴线对齐。断开B相，接通C相，则转 子再转过30°，使转子齿1和3的轴线与C极轴线对齐。 如此按A→B→C→A→…顺序不断接通和断开控制绕组， 转子就会一步一步地 按逆时针方向连续转动。
11.3步进电动机的驱动与控制
2．步进电动机速度控制
步进电动机运转的速度，取决于输入脉冲的频率。只要在控制软 件中，控制两个节拍进给脉冲的间隔时间，就可以方便地实现步 进电动机运转速度的控制。两个节拍间的间隔时间通常采用软件 延时的方法实现，如在C语言中
11.1步进电动机的结构和工作原理
11.1.2反应式步进电动机的工作原理 按A→B→C→A→…方式运行的称为三相单三拍运行 “三相”是指此步进电动机具有三相定子绕组 “单”是指每次只有一相绕组通电 “三拍”是指三次换接为一个循环 如果通电方式为AB→BC→CA→AB→…，则称为三相双三 拍工作方式
11.2.2感应子式步进电动机
11.2 其他形式的步进电动机
11.2.2感应子式步进电动机 感应子式步进电动机的定子铁芯与反应式步进电动机相同， 即分成若干大极，每个极上有小齿及控制绕组；定子控制 绕组与永磁式步进电动机相同，也是两相集中绕组，每相 为两对极，按A - B - (-A) - (-B) - A …… 次序轮流通以正 负电脉冲(也可在同一相的极上绕上两套绕向相反的绕组， 通以正脉冲)；转子的结构与永久式同步电动机相同，两 段转子铁芯上也开有齿槽，其齿距与定子小齿齿距相同。
11.2.1 永磁式步进电动机 2．永磁式步进电动机的特点 ① 大步距角， 例如15°、 22.5°、 30°、 45°、 90°等； ② 启动频率较低， 通常为几十到几百赫兹 (但转速不一定低)； ③ 控制功率小； ④ 在断电情况下有定位转矩； ⑤ 有强的内阻尼力矩。
11.2 其他形式的步进电动机
用C语言实现其控制动作，则 正转程序： outportb (0x2000，0x01)； outportb (0x2000，0x03)； outportb (0x2000，0x02)； outportb (0x2000，0x06)； outportb (0x2000，0x04)； outportb (0x2000，0x05)； 反转程序： outportb (0x2000，0x05)； outportb (0x2000，0x04)； outportb (0x2000，0x06)； outportb (0x2000，0x02)； outportb (0x2000，0x03)； outportb (0x2000，0x01)；
11.3步进电动机的驱动与控制
11.3.1步进电动机的驱动电源 步进电动机的驱动电源主要包括变频信号源、脉冲分配器 和脉冲放大器三部分 。
11.3步进电动机的驱动与控制
11.3.1步进电动机的驱动电源
步进电动机单片机驱动电路原理图
11.3步进电动机的驱动与控制
11.3.2步进电动机的控制 1．步进电动机运转控制 利用微型计算机的I／O控制接口板，可实现步进电动机 的控制
如果通电方式为A→AB→B→BC→C→CA→A→…，则称 为三相单（双）六拍或三相六拍工作方式
11.1步进电动机的结构和工作原理
11.1.2反应式步进电动机的工作原理 步进电动机每输入一个脉冲电信号，转子转过的角度称为 步距角，用符号θ表示。 步进电动机的步距角θ与相数m、转子齿数Z、通电方式C 有关，其关系为：