第11章 步進(jìn)電機(jī)-4

1、第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machinechapter11 Stepper motor 第11章 步進(jìn)電機(jī)第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical MachineThe stepper motor is known by its important property to convert a train of input pulses (typically square wave pulses) into a precisely defined increment in the sh

2、aft position. Each pulse moves the shaft through a fixed angle. Stepper motors have toothed electromagnets arranged around a central gear-shaped piece of iron. The electromagnets are energized by an external control circuit, such. To make the motor shaft turn, first, one electromagnet is given power

3、, which magnetically attracts the gears teeth. When the gears teeth are aligned to the firstIntroduction第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machineelectromagnet, they are slightly offset from the next electromagnet. When the gears teeth are aligned to the first electromagnet, they are sligh

4、tly offset from the next electromagnet. This means that when the next electromagnet is turned on and the first is turned off, the gear rotates slightly to align with the next one. From there the process is repeated. Each of those rotations is called a step, with an integer number of steps making a f

5、ull rotation. In that way, the motor can be turned by a precise angle.第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine11.1 11.1 概概 述述 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個(gè)脈其功用是將脈沖電信號(hào)變換為相應(yīng)的角位移或直線位移，即給一個(gè)脈沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，如圖沖電信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一

6、步，如圖11 - 111 - 1所示。所示。圖圖 11 - 1 11 - 1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功用第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine圖圖 11 - 2 11 - 2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制特性 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的角位移量或線位移量或線位移量s與脈沖數(shù)與脈沖數(shù)k成正比，如圖成正比，如圖11 - 2(a)所示；它的轉(zhuǎn)速所示；它的轉(zhuǎn)速n，或線速度，或線速度v與脈沖頻率與脈沖頻率f成正比，如圖成正比，如圖11 - 2(b)所示。所示。第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Cont

7、rol Electrical Machine在負(fù)載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的在負(fù)載能力范圍內(nèi)這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化。因而可適用于開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大波動(dòng)而變化。因而可適用于開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件，使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速；為簡(jiǎn)化。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在很寬的范圍內(nèi)通過改變脈沖頻率來調(diào)速；能夠快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。它不需要變換能直接將數(shù)字脈沖信號(hào)能夠快速啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。它不需要變換能直接將數(shù)字脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微型計(jì)算機(jī)控制。轉(zhuǎn)換為角位移，很適合采用微型計(jì)算機(jī)控制。步進(jìn)電動(dòng)

8、機(jī)是數(shù)控機(jī)床中的關(guān)鍵元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率做得越來越步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是數(shù)控機(jī)床中的關(guān)鍵元件。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的功率做得越來越大，已生產(chǎn)出所謂大，已生產(chǎn)出所謂“功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)”。它可以不通過力矩放大裝置，。它可以不通過力矩放大裝置，直接由功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，從而提高了系統(tǒng)精度，簡(jiǎn)化直接由功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)，從而提高了系統(tǒng)精度，簡(jiǎn)化了傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。了傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine從數(shù)控機(jī)床加工過程來看，對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本要求：從數(shù)控機(jī)床加工過程來看，對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本要求： (1) 步

9、進(jìn)電動(dòng)機(jī)在電脈沖的控制下能迅速起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在電脈沖的控制下能迅速起動(dòng)、正反轉(zhuǎn)、停轉(zhuǎn)及在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；及在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)； (2) 為了提高精度，要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小，并要準(zhǔn)確、為了提高精度，要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小，并要準(zhǔn)確、均勻。這就要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距小、步距精度高，不得丟步或越步；均勻。這就要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距小、步距精度高，不得丟步或越步； (3) 動(dòng)作快速。即不僅起動(dòng)、停步、反轉(zhuǎn)快，并能連續(xù)高速運(yùn)動(dòng)作快速。即不僅起動(dòng)、停步、反轉(zhuǎn)快，并能連續(xù)高速運(yùn)轉(zhuǎn)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；轉(zhuǎn)以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率； (4) 輸出轉(zhuǎn)矩大，可直接帶動(dòng)負(fù)載輸出轉(zhuǎn)矩大，可直接帶動(dòng)

10、負(fù)載。第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine11.2 11.2 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和基本特點(diǎn)反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理和基本特點(diǎn)11.2.1 11.2.1 典型結(jié)構(gòu)和工作原理典型結(jié)構(gòu)和工作原理 按勵(lì)磁方式分類，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為反應(yīng)式按勵(lì)磁方式分類，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可分為反應(yīng)式(Variable Reluctance, VR)、永磁式、永磁式(Permanent Magnet, PM)和混合式和混合式(Hybrid, HB)。

11、其中反。其中反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用得比較普遍，結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，所以著重分析這類電機(jī)。應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)用得比較普遍，結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單，所以著重分析這類電機(jī)。 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理與反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)一樣，也是利用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理與反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)一樣，也是利用凸極轉(zhuǎn)子交軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的。為了便凸極轉(zhuǎn)子交軸磁阻與直軸磁阻之差所引起的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩而轉(zhuǎn)動(dòng)的。為了便于說清問題，先以一個(gè)最簡(jiǎn)單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例。于說清問題，先以一個(gè)最簡(jiǎn)單的三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例。2sin)11(2sin20dqdeXXUmXUEmT 圖圖11 - 6是一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，定子有是

12、一臺(tái)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，定子有 6 個(gè)極，不帶小齒，個(gè)極，不帶小齒，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的極上繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子只有每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的極上繞有一相控制繞組，轉(zhuǎn)子只有 4 個(gè)齒，齒寬等于定個(gè)齒，齒寬等于定子的極靴寬。子的極靴寬。第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine1. 1. 三相單三拍運(yùn)行三相單三拍運(yùn)行三相繞組的通電順序?yàn)椋喝嗬@組的通電順序?yàn)椋?ABCA 共三拍共三拍(a) (b) (c)圖圖 11 - 6 11 - 6 三相單三拍運(yùn)行三相單三拍運(yùn)行(a) A(a) A相接通；相接通； (b) B(b) B相接通；相接通； (c) C(

13、c) C相接通相接通轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向：1）若繞組的通電方式變?yōu)椋┤衾@組的通電方式變?yōu)锳CBA，則電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)；，則電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)； 2）改變繞組中電流方向，不會(huì)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。）改變繞組中電流方向，不會(huì)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine三相繞組的通電順序?yàn)椋喝嗬@組的通電順序?yàn)椋?AABBBCCCAA 。共六拍共六拍2. 2. 三相六拍運(yùn)行三相六拍運(yùn)行(a) (b) (c) 圖圖 11 - 7 11 - 7 三相六拍運(yùn)行三相六拍運(yùn)行 (a) A(a) A相通電；相通電； (b) A(b) A、 B B相通電；相通電；(

14、c) B(c) B相通電相通電第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine 總之，每個(gè)循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距總之，每個(gè)循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為角為1515 。轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向：1）若繞組的通電方式變?yōu)椋┤衾@組的通電方式變?yōu)锳AC C CBB B AA， 則電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)；則電機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)； 2）改變繞組中電流方向，不會(huì)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。）改變繞組中電流方向，不會(huì)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)向。第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine3. 3. 三相

15、雙三拍運(yùn)行三相雙三拍運(yùn)行三相繞組的通電順序?yàn)椋喝嗬@組的通電順序?yàn)椋?AB BC CA AB，共三拍。，共三拍。工作方式為三相雙三拍時(shí)，每通入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)工作方式為三相雙三拍時(shí)，每通入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30 ，即，即 = 30 。第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical MachineAnimation of a simplified stepper motor (unipolar)Frame 1: The top electro

16、magnet (1) is turned on, attracting the nearest teeth of the gear-shaped iron rotor. With the teeth aligned to electromagnet 1, they will be slightly offset from right electromagnet (2).Frame 2: The top electromagnet (1) is turned off, and the right electromagnet (2) is energized, pulling the teeth

17、into alignment with it. This results in a rotation of 3.6 in this example.Frame 3: The bottom electromagnet (3) is energized; another 3.6 rotation occurs.Frame 4: The left electromagnet (4) is energized, rotating again by 3.6. When the top electromagnet (1) is again enabled, the rotor will have rota

18、ted by one tooth position; since there are 25 teeth, it will take 100 steps to make a full rotation in this example.第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine圖圖11 5 四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)4583602 . 75036025. 62 . 7458 . 12 . 725. 0 第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine圖圖1

19、18 A相通電時(shí)定、相通電時(shí)定、 轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置如果運(yùn)行方式改為四相八拍，如果運(yùn)行方式改為四相八拍， 其通電方式為其通電方式為A - AB - B - BC - C - CD - D - DA - A 即單相通電和兩相通電相間時(shí)，與上面三相步進(jìn)電即單相通電和兩相通電相間時(shí)，與上面三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)道理完全一樣，當(dāng)動(dòng)機(jī)道理完全一樣，當(dāng)A相通電轉(zhuǎn)到相通電轉(zhuǎn)到A、B兩相同時(shí)通電時(shí)，定、轉(zhuǎn)兩相同時(shí)通電時(shí)，定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置由圖子齒的相對(duì)位置由圖11 - 8所示的位置變?yōu)閳D所示的位置變?yōu)閳D11 - 9那樣的位置那樣的位置(只畫只畫出出A、 B兩個(gè)極下的齒兩個(gè)極下的齒)，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向只

20、轉(zhuǎn)過，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向只轉(zhuǎn)過1/8齒距角，即齒距角，即0.9， A極和極和B極下的齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線都還錯(cuò)開極下的齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線都還錯(cuò)開1/8齒距角。齒距角。 第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine圖圖11 9 A、B兩相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置兩相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置 第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine11.2.2 11.2.2 基本特點(diǎn)基本特點(diǎn)根據(jù)上述的工作原理可以歸納步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本特點(diǎn)如下：根據(jù)上述的工作原理可以歸納步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本特點(diǎn)如下：

21、(1) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，每相繞組由專門驅(qū)動(dòng)電源通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，每相繞組由專門驅(qū)動(dòng)電源通過“環(huán)形分配環(huán)形分配器器”按一定規(guī)律輪流通電。例如一個(gè)按三相雙三拍運(yùn)行的環(huán)形分配器按一定規(guī)律輪流通電。例如一個(gè)按三相雙三拍運(yùn)行的環(huán)形分配器輸入是一路，輸出有輸入是一路，輸出有A、B、C三路。若開始是三路。若開始是A、B這兩路有電壓，輸這兩路有電壓，輸入一個(gè)控制電脈沖后，就變成入一個(gè)控制電脈沖后，就變成B、 C這兩路有電壓，再輸入一個(gè)電脈沖，這兩路有電壓，再輸入一個(gè)電脈沖，則變成則變成C、A這兩路有電壓，再輸入一個(gè)電脈沖，又變成這兩路有電壓，再輸入一個(gè)電脈沖，又變成A、B這兩路有這兩路有電壓了。電壓了。

22、環(huán)形分配器輸出的各路脈沖電壓信號(hào)，經(jīng)過各自的放大器放大后送環(huán)形分配器輸出的各路脈沖電壓信號(hào)，經(jīng)過各自的放大器放大后送入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。圖入步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的各相繞組，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一步步轉(zhuǎn)動(dòng)。圖11 - 10表示表示三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制方框圖，圖三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制方框圖，圖11 - 11表示三相雙三拍運(yùn)行時(shí)控制電表示三相雙三拍運(yùn)行時(shí)控制電脈沖及各相控制電壓隨時(shí)間變化的波形圖。脈沖及各相控制電壓隨時(shí)間變化的波形圖。第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine圖圖11-10 11-10 控制方框圖控制方框圖第第1111

23、章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine每循環(huán)一次所包含的通電狀每循環(huán)一次所包含的通電狀態(tài)數(shù)稱為態(tài)數(shù)稱為“狀態(tài)數(shù)狀態(tài)數(shù)”或或“拍拍數(shù)數(shù)”。同一臺(tái)電機(jī)可有多種。同一臺(tái)電機(jī)可有多種分配方式。不管分配方式如分配方式。不管分配方式如何，每循環(huán)一次，控制電脈何，每循環(huán)一次，控制電脈沖沖Uk的個(gè)數(shù)總等于拍數(shù)的個(gè)數(shù)總等于拍數(shù)N，而加在每相繞組上的脈沖電而加在每相繞組上的脈沖電壓壓(或電流或電流)個(gè)數(shù)卻等于個(gè)數(shù)卻等于1，因，因而控制電脈沖頻率而控制電脈沖頻率f是每相脈是每相脈沖電壓沖電壓(或電流或電流)頻率頻率f相的相的N倍，倍， 即即圖圖11 - 11 1

24、1 - 11 三相雙三拍運(yùn)行三相雙三拍運(yùn)行時(shí)各相控制電壓波形圖時(shí)各相控制電壓波形圖 Nff相第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine(2) (2) 齒距角和步距角齒距角和步距角齒距角為齒距角為RtZ360每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，用符號(hào)每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，用符號(hào)b表示。表示。 NZNRtb360式中，式中， N為運(yùn)行拍數(shù)，為運(yùn)行拍數(shù)， N=km (k=1, 2；m為相數(shù)為相數(shù))。 (

25、3) (3) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速min)/(60rNZfnRmin)/(63603606060rfNZfNZfnbRR第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine(4) (4) 步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力。 當(dāng)控制脈沖不斷送入，各相繞組按照一定程序輪流通電時(shí)，步進(jìn)當(dāng)控制脈沖不斷送入，各相繞組按照一定程序輪流通電時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就一步步地轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)控制脈沖停止時(shí)，如果某些相繞組仍電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子就一步步地轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)控制脈沖停止時(shí)，如果某些相繞組仍通入恒定不變的電流通入恒定不變的電流( (可稱為直通電流可稱為

26、直通電流) )，那末轉(zhuǎn)子將固定于某一位置，那末轉(zhuǎn)子將固定于某一位置上保持不動(dòng)，稱為靜止?fàn)顟B(tài)。靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即使有一個(gè)小的擾動(dòng)，使上保持不動(dòng)，稱為靜止?fàn)顟B(tài)。靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，即使有一個(gè)小的擾動(dòng)，使轉(zhuǎn)子偏離此位置，磁拉力也能把轉(zhuǎn)子拉回來。轉(zhuǎn)子偏離此位置，磁拉力也能把轉(zhuǎn)子拉回來。 對(duì)于多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，對(duì)于多相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，定子控制繞組可以是一相通電，也可以是幾相同時(shí)通電。定子控制繞組可以是一相通電，也可以是幾相同時(shí)通電。 綜上所述，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速既不受電壓波動(dòng)綜上所述，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作時(shí)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速既不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響和負(fù)載變化的影響( (在允許負(fù)載范圍內(nèi)在允許負(fù)載范圍內(nèi)) )，

27、也不受環(huán)境條件，也不受環(huán)境條件( (溫度、壓力、溫度、壓力、沖擊、振動(dòng)等沖擊、振動(dòng)等) )變化的影響，只與控制脈沖同步，同時(shí)它又能按照控制變化的影響，只與控制脈沖同步，同時(shí)它又能按照控制的要求，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)速。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣的要求，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或改變轉(zhuǎn)速。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)被廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)。泛地應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)。第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine11.3 11.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性和靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 11.3.1 11.3.1 單相通電時(shí)單相通電時(shí) 單

28、相通電時(shí)，通電相極下的齒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這些齒與轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置及所單相通電時(shí)，通電相極下的齒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，這些齒與轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置及所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是相同的，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是相同的， 故可以用一對(duì)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置來表示轉(zhuǎn)子故可以用一對(duì)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置來表示轉(zhuǎn)子位置，位置， 電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩等于通電相極下各個(gè)定子齒所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。電機(jī)總的轉(zhuǎn)矩等于通電相極下各個(gè)定子齒所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。圖圖11 - 12 定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置(圖中轉(zhuǎn)子失調(diào)角圖中轉(zhuǎn)子失調(diào)角e)第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine圖圖11 - 13 11

29、 - 13 定、轉(zhuǎn)子間的作用力定、轉(zhuǎn)子間的作用力圖圖11-14 11-14 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的矩角特性 第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine11.3.2 11.3.2 多相通電時(shí)多相通電時(shí)一般來說，多相通電時(shí)的矩角特性和最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Tjmax與單相通電時(shí)不同。按照疊加原理，多相通電時(shí)的矩角特性近似地可以由每相各自通電時(shí)的矩角特性疊加起來求出。先以三相步進(jìn)電機(jī)為例。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以單相通電，也可以兩相同時(shí)通電，下面推導(dǎo)三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)當(dāng)兩相通電時(shí)(如A、B兩相)的矩角特性。如果轉(zhuǎn)子失調(diào)角e是指A相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒

30、軸線之間的夾角，那末A相通電時(shí)的矩角特性是一條通過0點(diǎn)的正弦曲線(假定矩角特性可近似地看作正弦形)，可以用下式表示：ejATTsinmax第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine圖圖11 - 16 A11 - 16 A相和相和B B相定子齒相對(duì)轉(zhuǎn)子齒的位置相定子齒相對(duì)轉(zhuǎn)子齒的位置當(dāng)當(dāng)B相也通電時(shí)，由于相也通電時(shí)，由于e=0時(shí)的時(shí)的B相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線相夾一個(gè)單拍制的相定子齒軸線與轉(zhuǎn)子齒軸線相夾一個(gè)單拍制的步距角，這個(gè)步距角以電角度表示為步距角，這個(gè)步距角以電角度表示為be，其值為，其值為be=te/3=120電角度或電角度或

31、2/3電電弧度，如圖弧度，如圖11 - 16所示。其中，所示。其中，be為單拍制分配方式時(shí)的步距角為單拍制分配方式時(shí)的步距角(電角度或電弧電角度或電弧度度)，be=2/m。所以。所以B相通電時(shí)的矩角特性可表示為相通電時(shí)的矩角特性可表示為)120sin(maxejBTT第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine這是一條與這是一條與A相矩角特性相距相矩角特性相距120(即即te/3)的正弦曲線。當(dāng)?shù)恼仪€。當(dāng)A、 B兩相兩相同時(shí)通電時(shí)合成矩角特性應(yīng)為兩者相加，即同時(shí)通電時(shí)合成矩角特性應(yīng)為兩者相加，即)120sin(sinmaxmaxe

32、jejBAABTTTTT)60sin(maxejT圖圖11 - 17 11 - 17 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相、三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相、 兩相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩兩相通電時(shí)的轉(zhuǎn)矩 (a) (a) 矩角特性；矩角特性； (b) (b) 轉(zhuǎn)矩向量圖轉(zhuǎn)矩向量圖第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine五相步進(jìn)電機(jī)的單相、兩相、三相通電時(shí)矩角特性的波形圖和向量五相步進(jìn)電機(jī)的單相、兩相、三相通電時(shí)矩角特性的波形圖和向量圖，如圖圖，如圖11 - 1811 - 18和圖和圖11 - 1911 - 19所示。所示。圖圖11 - 18 11 - 18 五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單

33、相、五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單相、 兩相、兩相、三相通電時(shí)的矩角特性三相通電時(shí)的矩角特性圖圖11 19 11 19 五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩向量圖五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩向量圖第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine下面給出下面給出m相電機(jī)，相電機(jī)，n相同時(shí)通電矩角特性的一般表達(dá)式相同時(shí)通電矩角特性的一般表達(dá)式：ejTTsinmax1)sin(max2beejTT) 1(sinmaxbeejnnTT所以n相同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)矩 beebebejbeebeeejnnnnTnTTTTT21sin2sin2sin) 1(sin)sin(sinmaxmax211第第

34、1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical Machine式中， be為單拍制分配方式時(shí)的步距角(電角度或電弧度)。因?yàn)閎e=2/m，所以mnmmnTTejn1sinsinsinmax1因而m相電機(jī)n相同時(shí)通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值與單相通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值之比mmnTTjnjsinsinmax)1max(五相五相電動(dòng)機(jī)兩相兩相通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值為maxmax)max(62. 15sin52sinjjABjTTT五相五相電動(dòng)機(jī)三相三相通電時(shí)轉(zhuǎn)矩最大值為maxmax)max(62. 15sin53sinjjABCjTTT第第1111章章 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)控制電機(jī)控制電機(jī)（Control Electrical M