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第二节 步进电机及驱动控制 • 一、步进电机 • 步进电机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移 或直线位移的电磁机械装置 。每当对其施加一个电 脉冲时 ， 其输出轴便转过一个固定的角度 ， 称为一 步 ， 当供给连续电脉冲时就能一步一步地连续转动， 这种电机的运行方式与普通匀速旋转的电机有一定 的差别 ， 是步进式运动 ， 因此命名为步进电机。 • 步进电机的位移量与输入脉冲数严格成正比 ， 与数 字系统配套时 ， 体现出更大的优越性 • 步进电机每步转过的角度叫做步距角。 • （ 一 ）步进电机的特点 • 1.步进电机的工作状态不易受各种干扰因素（如电压波动、 • 且2．有控自制锁性能能力 ， 能快速启动、制动和反转， 无稳定问题， • 相3．邻位步移距与误输差 脉但冲无数长相期对位应置，积输累 转差 的精度高， 虽有 • 4． 步距角选择范围大， 可以从几十分至几十度大范围内 • 往5．可在以小不步经距减角速情器况直 ，驱可动 在载 低速度下稳定运行，往 • 尽管步进电机具备有上述优点， 但也存在一些不足： 运动 增量和步距角固定， 步进分辨率缺乏灵活性； 单步响应时 有过冲量和震荡； 承受大惯性负载能力差； 控制线路复杂， 成本高。 选择， 转速可以在相当宽的范围内平滑调整。 即使同一台 步进电机， 采用不同的脉冲输入方式， 也可得到不同的步 距角。 负载变化、环境条件等） 的影响， 仅与控制脉冲有关。 （二） 步进电机的分类 • 根据其转子结构通常可分为三种类型 ， 即 反应式(VR) 、永磁式(PM) 和混合式(HB) （三） 步进电机的工作原理 • 步进电机的工作原理， 类似于电磁铁作用原理。 当某相绕组通电时， 定子产生磁场 ， 并与 转子形成磁路 ， 如果 这时定子齿与转子齿 没有对齐 ， 则由于磁 力线力图走磁阻最小 的路线 ， 而带动转子 转动 ， 使定子齿与转子齿对齐， 从而实现转动一角度 。 (错齿原理） • 每次只有一相绕组通电 ， 叫三相单三拍工 作方式 。A—B—C 。（反向A — C —B） • 三相六拍控制方式 ， 即通电顺序按A—AB— B—BC—C—CA—A……进行 。（反向A —AC — C — CB —B —BA —A) • 双三拍控制方式 ， 即通电顺序按AB—BC— CA—AB……进行.（ 反向AB —AC — CB —AB) 式中 m—电机绕组相数； z—转子齿数； k—通电状态系数 ，k=拍数/相数， 如三相三拍k= 1,三相六拍k= 2； 五相十拍k= 2。 • 绕组的相数 、转子的齿数和通电方式决定 了步距角 的大小 ， 它们之间的关系可用下 式表示： • （四） 步进电机主要性能指标 • 步进电机的主要性能指标有以下几项： • 值1.。步距角 ,每输入一个电脉冲信号转子应转过角度的理论 • .上最 矩转 i x。, 转， 特 指每相绕组通上额定电流值所得的值。 • . 流电。流Ie , 电机不动时每一相绕组允许通过的电流定为 • 4.额定电压Ue , 电动机各相绕组允许施加的最高电压。 • .停启 Q频, 载， • . 步行所频 L到, 后 ， 脉冲频率连续上升时保证 • .动启 f 随特负性载 变驱化动的条特件性下。，如负图载6 一曲 时1所， 示。 • 8.运行矩频特性 在一定的负载惯量下 ， 运行频率fL与负载 转矩T之间的关系 。如图曲线2所示。 • 9.启动惯频特性 负载力矩一定时 ， 启动频率fQ与负载惯性 J之间的关系 。。 • 10.静态步距角误差 实际的步距角与理论的步距角之间的 差值 ， 一般在空载情况下测量。 二、步进电机驱动电源 • 步进电机的运行性能 ， 除了与电机本身的 性能有关外 ， 在很大程度上取决于驱动电 源性能的优劣. （一 ）环形分配器 • 步进电动机在一个脉冲的作用下 ， 转过一 个相应的步距角 ， 因而只要控制一定的脉 冲数和脉冲频率 ， 即可精确控制步进电动 机相应的转动角度和速度 。但步进电动机 的各绕组必须照一定的顺