步进电动机

步进电动机的动稳定区是指步进电动机从一个稳定状态切 换到另一稳定状态而不失步的区域。
空载稳定区：
se se
稳定裕量角：稳定区的边界点a到初始稳定平衡点A的角度，用θr表示。
r
se
mc
(mc 2)
说明：稳定裕量角越大，步进电机运行越稳定，当稳定裕量 角趋于零时，电机不能稳定工作。
2.起动转矩：
步进电动机
步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的直线位移或角位移的一种 特殊电机。电脉冲由专用驱动电源供给。步进电动机的种类主要有反应 式步进电动机、永磁式步进电动机、直线步进电动机和平面步进电动机 等。其中反应式步进电动机具有步距角小、结构简单和寿命长等特点， 应用比较广泛。
教学要求：
1. 了解反应式步进电动机的结构；
7.7.4 步进电动机的应用
步进电动机的应用十分广泛，如机械加工、绘图机、机器人、计算 机的外部设备、自动记录仪表等等。它主要用于工作难度大、要求的速 度快、控制精度高的场合。尤其是电力电子技术和微电子技术的发展为 步进电动机的应用开辟了广阔的前景。
U1
W2
V2
U1
W2
V2
U1
W2
V2
V1
W1
U2
V1
W1
U2
V1
W1
U2
(a) U相通电
(b) V相通电
(c) W相通电
图7.7.2 三相反应式步进电动机的工作原理图
步进电动机的控制方式分三种： ⒈ 三相单三拍工作方式，U-V-W-U; ⒉ 三相单、双六拍工作方式， U-UV-V-VW-WU-U; ⒊ 三相双三拍工作方式， UV-VW-WU-UV;
2. 掌握反应式步进电动机的工作原理；
3. 了解步进电动机的静态特性和动态特性；
4. 了解驱动电源的重要作用；
5. 了解步进电动机的应用。
7.7.1 反应式步进电动机的结构与工作原理
一、反应式步进电动机的结构
U
1.单段式：如图7.7.1所示
优点：制造简便，精度易于保证， 步距角可以做得较小，容易得到较 高的起动和运行频率。
0为稳定平衡点 为不稳定平衡点
2.最大静转矩
当
2
时，T
Tsm ,
最大静转矩 Tsm kI2
图7.7.3 步进电机的矩角特性
二、反应式步进电动机的动态特性 动态特性：指步进电动机从一种通电状态转换到另一种通电 状态所表现出的性质。 动态特性：动稳定区、起动转矩、起动频率及矩频特性等。
1.动稳定区
步距角：步进电动机每改变一次通电状态（一拍）转子所 转过的角度称为步距角。其计算公式为：
se
360 mZ rC
式中：m为步进电机的相数；C为通电状态系数，单拍或双 拍工作时C=1，单双拍混合方式工作时C=2；Zr为步进电 机转子的齿数。
步进电动机的转速为：
n 60 f mZ rC
式中：f为步进电动机每秒的拍数，称为步进电动机通电脉 冲频率。
反应式步进电动机调速： 通过改变脉冲频率来改变电机转 速，实现无级调速。
7.7.2 反应式步进电动机的特性
一、反应式步进电动机的静态特性
⒈ 矩角特性
步进电动机的矩角特性是指在不改变通电状态的条件 下，步进电动机的转矩与失调角之间的关系。用T=f(θ)表 示。
T kI2 sin
步进电动机的静态稳定区：
Tst
Tsm
cos
mc
式中： Tst为最大起动转矩。
3.起动频率：在一定负载条件下，电机能够不失步地起动的脉冲
最高频率。
4.矩频特性：指步进电动机的转动力矩与脉冲频率之间的关系。
7.7.3 驱动电源
一、对驱动电源的基本要求
二、驱动电源的组成：一般由脉冲信号发生器、脉冲分配器和脉冲放
大器三部分组成。脉冲信号发生器产生基准频率信号供给脉冲分配器，脉 冲分配器完成步进电动机控制的各相脉冲信号，脉冲放大器对脉冲分配器 输出的控制信号进行放大驱动步进电动机的各相绕组，使步进电动机转动。
缺点：电机直径较小而相数又较多 时，沿径向分相较为困难，消耗功 率大，断电时无定位转矩。
2.多段式：
U1 W2VΒιβλιοθήκη V2V1W1
W
U2
图7.7.1 三相反应式步进电动机的结构
二、反应式步进电动机的工作原理
图7.7.2是一台三相反应式步进电动机的工作原理图。定子铁心为凸极式， 共三对（六个）磁极，每两个相对的磁极上绕有控制绕组，组成一相。转子用软磁 材料制成，也是凸极结构，只有四个齿，齿宽等于定子的极靴宽，没有绕组。