如果自整角机的釉日激础绕组作为转子，三相整步绕组作为定子，则分析力法勺上述 佯‘例1 闯4—6所示力矩式白笆角机系统心知发送饥转子逆时针转动200，接收机转子顺时
步距角也是。。 。
． 小步距角步进电动机上述的三相四齿步进电动机的步距角为15。或30。，如在数控机床个应用根本不能满足精度要求，所以目前国内外部在研制小步距角电动机。目前我国研
制的最小步距角为o．36。。
下面以图6—1所示四相步进电动机为例，进一步LX明小步距角步进电动机的工作原理。如前所述，步进电动机的定、转子小齿必须具有相同的齿距。定义每个小齿所占有的角度为
齿距角，即式中Zt为转子小齿数，本例z4＝io，所以6J＝7．2。。定子每个大极所占有的小齿数为式中m为相数，本例?＝6专og不是整数，这一点很重要。没通电方式为4一—j一
—卜o一4。当4相单独通电时，使A一4极下的定、转子小齿轴线对齐时，相邻约两对磁极窟一Bl和D—o‘极下定、转子小齿必然错开(1／4)dJ＝1．8。。这时各相磁极定、转子小
齿的相对佐民如图6—5所示。
动L801使厘极厂定、转子小齿的轴线对齐，同理，这Bi以…／1，和—口极厂定、转于小齿错开(1／4)A＝L8D G这样，通电状态每换接一次，转子沿顺时针转动(1／4)氏，若按人
一D—c—A—j……顺序通电。则转于按逆时针方向转动，步距角仍为门f 4)氏。
若采用四相单、双八拍运行，即通电方式为4—4j—B一厘c—c一凹一。一步进电机D4—4……，与三相步进步进电机的工作原理一样，步距角将减半，仅为o．9。。若按四相双四拍运行，
即通电顺序为4月一BC一凹 DA—A月……，则步距角仍为(1／4)A，即1．8。。
由此可见，步进电动机的步距角d6由转子齿数、定子相铰和通电方式所决定，即—4里”
式中m为相数，f为状态系数。采用单、双柏通电方式时用单拍或双拍通电方式时c＝若步进电动帆所加的通电脉冲频率为／，则其转速为”裁(r／min) (6—目前已有三相、两
相、四相、五相、六相或更多相数的步进电动机间世。相数和转子齿数愈多．则d6小，精度高。但步进电机电源和步进电机结构也愈复杂，成本增加。所以一股最多制成六相，大
于六相的步进电动机极为少见。
三、步进电动机的特点根据以广分析，可归纳出步进电动机有以下特点。
．定子相绕组的供电脉冲频率人＝／／／以三相单、双六拍运行为例，控制脉冲和各相供电脉冲波形如图6—6所示。控制脉冲比的频率为／。显然，在——个通电循环内控制脉冲
的个数为八(拍数)，而每相绕组的供电际冲个数却恒为1。因而／M＝／／v。
一—．齿距角和步距角齿距角氏和步距角久的公式如式亦可改写成—黑”＝炭·器—：·f(r／—， t‘式中久的单位为度：所以步进电机转速正比控制脉冲的频率／。
既然每个控制脉冲使步进电动机转过—‘个d5，所以步进电机际转角6为口＝氏·N，式中川为控制脉冲的个数。
步进电动机的旋转方向，则取决于通电脉冲的顺序。
因此，步进电动机在不失步、不丢步的前提下，其转速、转角关系与电压、负载、温度等因素无关。因而步进电动机便于控制。
． 自锁能力当控制脉冲停止输入．且让最后一个脉冲控制的绕组继续通电，则步进电机就可以保持在固定的位置上，5p停在最后一个据刺脉冲所控制的角位移的终点位置亡。所
以步进电动机具有带电自顿的能力。
正因为步进电动机具有以上的特点，因而控制方便、调速范围宽、运行不受环境条件变化的影响，所以在各种数字控制系统中获得广泛采用。
反应式步进电动机的特性步进电动机不改变通电状态下的运行特性称为静态持性，它表征了步进电动机转矩4J和转角d的关系；故简称为矩龟持性。
由于多相步进电动机可以是一相通电，也可以是几相同时通电，所以应分别进行讨论。
．垒相通电时的矩角特性单相通电时，通电相校下的齿产生转矩，定子极下定、转子小齿的相对位置及所产生的转矩都是相同的，故可用一对定、转子小齿的相对位置来表示转子
的位置，步进电机总的转矩等于通电相极F各定、转子小齿产生的转矩之和。
把定子小齿轴线与转子小齿轴线之间的夹角定义为失调用氏。当某相通电使定、转于小齿对齐时，即日f＝o，这时沿圆周方向无磁拉力，所以步进电动机的整步转矩为零，如图6
—7(“)所示。若人为地使转子沿顺时针方向(图中为向右)错开氏角度，则磁通被扭曲．产生逆时针的转矩M，试图使定、转于小齿恢复对齐状态。当众增大时。M也增大。当久＝
(1／4)氏时，4J达到逆时针时的****值。当久＞(174以时，44方向不变。但44值却减小。当众＝(1j2)氏时，A4z(1，如图6—7(f)所示。这时相邻两小齿的切问碰拉力大小相等，
方向相反。反Z，若人为地使转子逆时针(图中为向左)错开氏角度。则步进电机产生顺时针的整步转短。当向左错开角度达(1／4)6g人同样4J****lA＝(3／2)氏时，A4＝o，如图6
—一262一一版‘4速入妨七卜袜片冬、*。’士”*“i夫人z“卞设颁时针方向的久和肥为正，反时针的为负．则当氏在土(1／2)久范围内变化时，对应的整步转矩射近似按正弦曲
线变化，如图6—8所示。该曲线即静态矩角特性，即＝一人人。ssin氏 (6—可见4J在土氏／2内变化了——个周期，故把众视为2”电弧度(360。
电角度)。根据式(6—5)有—i—半(自月曰) (6—可见当拍数一定时，无论zl为多少，用电角度表示的步距角均相同，即在一个通电循环内，步进电机总是转过一个齿距角氏憾
6G‘电角度)。
式(6—8)中的4J—s为步进电机的****静态转矩，表征了步进电机的承载能力。图6—8中的久＝o，＝o之点o林为稳定平衡点。整步转矩总是试图使氏减小为零。久＝土氏／2(L180
。)的点为不稳定平衡点。把一6f2一十6／2称为静态稳定区。
． 多相通电时约矩角特性一般来说多相通电时的矩角特性和****静态转短Jv、＝与单相通电时不同。按照迭加脓理．多相通电时的短角行使同田每各自通电时钓矩角特性迭加而
求得。
先以三相步进电动机为例说明入、且两相同时通电时的矩角特性。设转：严的失调角久是指A相定、转子小齿轴线之间的夹角，则A相通电时的矩角特性如图6—9中曲线从所示．从
＝—4Jm：ginA。而虏相通电时．由于久＝o时的月相定、转于小齿轴线错开一个单拍制的步距角久，其值为久＝氏／3＝120。电角度．所以其矩角特性如图6—9中曲线Af“所示，
即“＝一此：sin(久一120。
从与从相距l 20。电角度。当4、月两相同时通电时特性应为二者之迭加，即“—风十从＝一AJ。xsin(久一60、 t 6—可见M“是一条幅值与单相通电时相同，相移60。电角度
(氏／6)的正弦曲线，如图6—9中曲线从，所示：
不能依靠增加通电相数来提高Jvm*这是其—大缺点。
但是，对更多相的步进电动机来说，多相通电却可以提高转矩。图6—10中作出了五相步进电动机的单相、两招、三相通电时的短角持性曲线和向量图。由图可见．两相和三相通
电时，矩角特性相对4相短角特性分别移动了玖／10及氏／5，即36喇?2’电角度，民从*届相等，但又都比一相通电时的从“大。因此。五相步进电动机采用多相通电时不但Mm s
大，而且矩角特性形状相同，对步进电机稳定运行十分有利，使用时应优先考虑这种运行方式。
臣步运行状态是指控制脉冲频率很低，下一个脉冲到来之前，一步运行已经完成，步进电机一步一步地完成脉动(步进)式转动的情况。
单步运行对的矩角特性和稳定区以王相单三步运行方式为例，设步进电机空载时，4相通电时的短角持性如图6—ll中的曲线A所示，转子处于稳定平衡点o q。如加一脉冲，／t相
断电，且相通电，则短角特性变为曲线B。曲线4、相隔步距角为d4，转子新的稳定平衡点为od，只要改变通电状——365——高Jvm*这是其—大缺点。
但是，对更多相的步进电动机来说，多相通电却可以提高转矩。图6—10中作出了五相步进电动机的单相、两招、三相通电时的短角持性曲线和向量图。由图可见．两相和三相通
电时，矩角特性相对4相短角特性分别移动了玖／10及氏／5，即36喇?2’电角度，民从*届相等，但又都比一相通电时的从“大。因此。五相步进电动机采用多相通电时不但Mm s
大，而且矩角特性形状相同，对步进电机稳定运行十分有利，使用时应优先考虑这种运行方式。
臣步运行状态是指控制脉冲频率很低，下一个脉冲到来之前，一步运行已经完成，步进电机一步一步地完成脉动(步进)式转动的情况。
单步运行对的矩角特性和稳定区以王相单三步运行方式为例，设步进电机空载时，4相通电时的短角持性如图6—ll中的曲线A所示，转子处于稳定平衡点o q。如加一脉冲，／t相
断电，且相通电，则短角特性变为曲线B。曲线4、相隔步距角为d4，转子新的稳定平衡点为od，只要改变通电状——365——苦从增大力沁f，刚4相通电时的稳定平衡点为图中曲
线上的J点．残留失调角为AAz G换成月相通电时与土点对的是曲线B上的Jr点。显然此时iJ“＜Mis，转子不可能向新的稳定平衡点‘运动．反而在从s的作用下向6减小的方向运动
，步进电动机待无法正常工作。因此，图6—12中询线A和厘之交点c对应的整步转矩即为步进电动机的****负载转矩4Jh·也称为起动转矩凤，其数学表达式为—Mg—M。：s％(字
—A4…cos令—此Alc”等式户付为运行招数。
由式(6—12)可见，在规定的电源条件下(此m已定)，要提高步进电动机的负载能力，应增大运行拍数，如由单三拍改为单、双六拍。由于实际负载可能发生变化，AJm：本文来自：www.samsrmotor.com.cn |
