如果自整角機的釉日激礎(chǔ)繞組作為轉(zhuǎn)子，三相整步繞組作為定子，則分析力法勺上述 佯‘例1 闖4—6所示力矩式白笆角機系統(tǒng)心知發(fā)送饑轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動200，接收機轉(zhuǎn)子順時
步距角也是。。 。
． 小步距角步進電動機上述的三相四齒步進電動機的步距角為15�；�30。，如在數(shù)控機床個應(yīng)用根本不能滿足精度要求，所以目前國內(nèi)外部在研制小步距角電動機。目前我國研
制的最小步距角為o．36。。
下面以圖6—1所示四相步進電動機為例，進一步LX明小步距角步進電動機的工作原理。如前所述，步進電動機的定、轉(zhuǎn)子小齒必須具有相同的齒距。定義每個小齒所占有的角度為
齒距角，即式中Zt為轉(zhuǎn)子小齒數(shù)，本例z4＝io，所以6J＝7．2。。定子每個大極所占有的小齒數(shù)為式中m為相數(shù)，本例?＝6專og不是整數(shù)，這一點很重要。沒通電方式為4一—j一
—卜o一4。當4相單獨通電時，使A一4極下的定、轉(zhuǎn)子小齒軸線對齊時，相鄰約兩對磁極窟一Bl和D—o‘極下定、轉(zhuǎn)子小齒必然錯開(1／4)dJ＝1．8。。這時各相磁極定、轉(zhuǎn)子小
齒的相對佐民如圖6—5所示。
動L801使厘極廠定、轉(zhuǎn)子小齒的軸線對齊，同理，這Bi以…／1，和—口極廠定、轉(zhuǎn)于小齒錯開(1／4)A＝L8D G這樣，通電狀態(tài)每換接一次，轉(zhuǎn)子沿順時針轉(zhuǎn)動(1／4)氏，若按人
一D—c—A—j……順序通電。則轉(zhuǎn)于按逆時針方向轉(zhuǎn)動，步距角仍為門f 4)氏。
若采用四相單、雙八拍運行，即通電方式為4—4j—B一厘c—c一凹一。一步進電機D4—4……，與三相步進步進電機的工作原理一樣，步距角將減半，僅為o．9。。若按四相雙四拍運行，
即通電順序為4月一BC一凹 DA—A月……，則步距角仍為(1／4)A，即1．8。。
由此可見，步進電動機的步距角d6由轉(zhuǎn)子齒數(shù)、定子相鉸和通電方式所決定，即—4里”
式中m為相數(shù)，f為狀態(tài)系數(shù)。采用單、雙柏通電方式時用單拍或雙拍通電方式時c＝若步進電動帆所加的通電脈沖頻率為／，則其轉(zhuǎn)速為”裁(r／min) (6—目前已有三相、兩
相、四相、五相、六相或更多相數(shù)的步進電動機間世。相數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)愈多．則d6小，精度高。但步進電機電源和步進電機結(jié)構(gòu)也愈復雜，成本增加。所以一股最多制成六相，大
于六相的步進電動機極為少見。
三、步進電動機的特點根據(jù)以廣分析，可歸納出步進電動機有以下特點。
．定子相繞組的供電脈沖頻率人＝／／／以三相單、雙六拍運行為例，控制脈沖和各相供電脈沖波形如圖6—6所示。控制脈沖比的頻率為／。顯然，在——個通電循環(huán)內(nèi)控制脈沖
的個數(shù)為八(拍數(shù))，而每相繞組的供電際沖個數(shù)卻恒為1。因而／M＝／／v。
一—．齒距角和步距角齒距角氏和步距角久的公式如式亦可改寫成—黑”＝炭·器—：·f(r／—， t‘式中久的單位為度：所以步進電機轉(zhuǎn)速正比控制脈沖的頻率／。
既然每個控制脈沖使步進電動機轉(zhuǎn)過—‘個d5，所以步進電機際轉(zhuǎn)角6為口＝氏·N，式中川為控制脈沖的個數(shù)。
步進電動機的旋轉(zhuǎn)方向，則取決于通電脈沖的順序。
因此，步進電動機在不失步、不丟步的前提下，其轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角關(guān)系與電壓、負載、溫度等因素無關(guān)。因而步進電動機便于控制。
． 自鎖能力當控制脈沖停止輸入．且讓最后一個脈沖控制的繞組繼續(xù)通電，則步進電機就可以保持在固定的位置上，5p停在最后一個據(jù)刺脈沖所控制的角位移的終點位置亡。所
以步進電動機具有帶電自頓的能力。
正因為步進電動機具有以上的特點，因而控制方便、調(diào)速范圍寬、運行不受環(huán)境條件變化的影響，所以在各種數(shù)字控制系統(tǒng)中獲得廣泛采用。
反應(yīng)式步進電動機的特性步進電動機不改變通電狀態(tài)下的運行特性稱為靜態(tài)持性，它表征了步進電動機轉(zhuǎn)矩4J和轉(zhuǎn)角d的關(guān)系；故簡稱為矩龜持性。
由于多相步進電動機可以是一相通電，也可以是幾相同時通電，所以應(yīng)分別進行討論。
．壘相通電時的矩角特性單相通電時，通電相校下的齒產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，定子極下定、轉(zhuǎn)子小齒的相對位置及所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩都是相同的，故可用一對定、轉(zhuǎn)子小齒的相對位置來表示轉(zhuǎn)子
的位置，步進電機總的轉(zhuǎn)矩等于通電相極F各定、轉(zhuǎn)子小齒產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩之和。
把定子小齒軸線與轉(zhuǎn)子小齒軸線之間的夾角定義為失調(diào)用氏。當某相通電使定、轉(zhuǎn)于小齒對齊時，即日f＝o，這時沿圓周方向無磁拉力，所以步進電動機的整步轉(zhuǎn)矩為零，如圖6
—7(“)所示。若人為地使轉(zhuǎn)子沿順時針方向(圖中為向右)錯開氏角度，則磁通被扭曲．產(chǎn)生逆時針的轉(zhuǎn)矩M，試圖使定、轉(zhuǎn)于小齒恢復對齊狀態(tài)。當眾增大時。M也增大。當久＝
(1／4)氏時，4J達到逆時針時的****值。當久＞(174以時，44方向不變。但44值卻減小。當眾＝(1j2)氏時，A4z(1，如圖6—7(f)所示。這時相鄰兩小齒的切問碰拉力大小相等，
方向相反。反Z，若人為地使轉(zhuǎn)子逆時針(圖中為向左)錯開氏角度。則步進電機產(chǎn)生順時針的整步轉(zhuǎn)短。當向左錯開角度達(1／4)6g人同樣4J****lA＝(3／2)氏時，A4＝o，如圖6
—一262一一版‘4速入妨七卜襪片冬、*�！俊�*“i夫人z“卞設(shè)頒時針方向的久和肥為正，反時針的為負．則當氏在土(1／2)久范圍內(nèi)變化時，對應(yīng)的整步轉(zhuǎn)矩射近似按正弦曲
線變化，如圖6—8所示。該曲線即靜態(tài)矩角特性，即＝一人人。ssin氏 (6—可見4J在土氏／2內(nèi)變化了——個周期，故把眾視為2”電弧度(360。
電角度)。根據(jù)式(6—5)有—i—半(自月曰) (6—可見當拍數(shù)一定時，無論zl為多少，用電角度表示的步距角均相同，即在一個通電循環(huán)內(nèi)，步進電機總是轉(zhuǎn)過一個齒距角氏憾
6G‘電角度)。
式(6—8)中的4J—s為步進電機的****靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，表征了步進電機的承載能力。圖6—8中的久＝o，＝o之點o林為穩(wěn)定平衡點。整步轉(zhuǎn)矩總是試圖使氏減小為零。久＝土氏／2(L180
。)的點為不穩(wěn)定平衡點。把一6f2一十6／2稱為靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。
． 多相通電時約矩角特性一般來說多相通電時的矩角特性和****靜態(tài)轉(zhuǎn)短Jv、＝與單相通電時不同。按照迭加膿理．多相通電時的短角行使同田每各自通電時釣矩角特性迭加而
求得。
先以三相步進電動機為例說明入、且兩相同時通電時的矩角特性。設(shè)轉(zhuǎn)：嚴的失調(diào)角久是指A相定、轉(zhuǎn)子小齒軸線之間的夾角，則A相通電時的矩角特性如圖6—9中曲線從所示．從
＝—4Jm：ginA。而虜相通電時．由于久＝o時的月相定、轉(zhuǎn)于小齒軸線錯開一個單拍制的步距角久，其值為久＝氏／3＝120。電角度．所以其矩角特性如圖6—9中曲線Af“所示，
即“＝一此：sin(久一120。
從與從相距l(xiāng) 20。電角度。當4、月兩相同時通電時特性應(yīng)為二者之迭加，即“—風十從＝一AJ。xsin(久一60、 t 6—可見M“是一條幅值與單相通電時相同，相移60。電角度
(氏／6)的正弦曲線，如圖6—9中曲線從，所示：
不能依靠增加通電相數(shù)來提高Jvm*這是其—大缺點。
但是，對更多相的步進電動機來說，多相通電卻可以提高轉(zhuǎn)矩。圖6—10中作出了五相步進電動機的單相、兩招、三相通電時的短角持性曲線和向量圖。由圖可見．兩相和三相通
電時，矩角特性相對4相短角特性分別移動了玖／10及氏／5，即36喇?2’電角度，民從*屆相等，但又都比一相通電時的從“大。因此。五相步進電動機采用多相通電時不但Mm s
大，而且矩角特性形狀相同，對步進電機穩(wěn)定運行十分有利，使用時應(yīng)優(yōu)先考慮這種運行方式。
臣步運行狀態(tài)是指控制脈沖頻率很低，下一個脈沖到來之前，一步運行已經(jīng)完成，步進電機一步一步地完成脈動(步進)式轉(zhuǎn)動的情況。
單步運行對的矩角特性和穩(wěn)定區(qū)以王相單三步運行方式為例，設(shè)步進電機空載時，4相通電時的短角持性如圖6—ll中的曲線A所示，轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定平衡點o q。如加一脈沖，／t相
斷電，且相通電，則短角特性變?yōu)榍�B。曲線4、相隔步距角為d4，轉(zhuǎn)子新的穩(wěn)定平衡點為od，只要改變通電狀——365——高Jvm*這是其—大缺點。
但是，對更多相的步進電動機來說，多相通電卻可以提高轉(zhuǎn)矩。圖6—10中作出了五相步進電動機的單相、兩招、三相通電時的短角持性曲線和向量圖。由圖可見．兩相和三相通
電時，矩角特性相對4相短角特性分別移動了玖／10及氏／5，即36喇?2’電角度，民從*屆相等，但又都比一相通電時的從“大。因此。五相步進電動機采用多相通電時不但Mm s
大，而且矩角特性形狀相同，對步進電機穩(wěn)定運行十分有利，使用時應(yīng)優(yōu)先考慮這種運行方式。
臣步運行狀態(tài)是指控制脈沖頻率很低，下一個脈沖到來之前，一步運行已經(jīng)完成，步進電機一步一步地完成脈動(步進)式轉(zhuǎn)動的情況。
單步運行對的矩角特性和穩(wěn)定區(qū)以王相單三步運行方式為例，設(shè)步進電機空載時，4相通電時的短角持性如圖6—ll中的曲線A所示，轉(zhuǎn)子處于穩(wěn)定平衡點o q。如加一脈沖，／t相
斷電，且相通電，則短角特性變?yōu)榍�B。曲線4、相隔步距角為d4，轉(zhuǎn)子新的穩(wěn)定平衡點為od，只要改變通電狀——365——苦從增大力沁f，剛4相通電時的穩(wěn)定平衡點為圖中曲
線上的J點．殘留失調(diào)角為AAz G換成月相通電時與土點對的是曲線B上的Jr點。顯然此時iJ“＜Mis，轉(zhuǎn)子不可能向新的穩(wěn)定平衡點‘運動．反而在從s的作用下向6減小的方向運動
，步進電動機待無法正常工作。因此，圖6—12中詢線A和厘之交點c對應(yīng)的整步轉(zhuǎn)矩即為步進電動機的****負載轉(zhuǎn)矩4Jh·也稱為起動轉(zhuǎn)矩鳳，其數(shù)學表達式為—Mg—M。：s％(字
—A4…cos令—此Alc”等式戶付為運行招數(shù)。
由式(6—12)可見，在規(guī)定的電源條件下(此m已定)，要提高步進電動機的負載能力，應(yīng)增大運行拍數(shù)，如由單三拍改為單、雙六拍。由于實際負載可能發(fā)生變化，AJm：本文來自：www.samsrmotor.com.cn |
