如果自整角機的釉日激礎繞組作為轉子，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心知發送饑轉子逆時針轉動200，接收機轉子順時
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。或30。，如在數控機床個應用根本不能滿足精度要求，所以目前國內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為轉子小齒數，本例z4＝io，所以6J＝7．2。。定子每個大極所占有的小齒數為式中m為相數，本例?＝6專og不是整數，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、轉子小齒必然錯開(1／4)dJ＝1．8。。這時各相磁極定、轉子小
齒的相對佐民如圖6—5所示。
動L801使厘極廠定、轉子小齒的軸線對齊，同理，這Bi以…／1，和—口極廠定、轉于小齒錯開(1／4)A＝L8D G這樣，通電狀態每換接一次，轉子沿順時針轉動(1／4)氏，若按人
一D—c—A—j……順序通電。則轉于按逆時針方向轉動，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由轉子齒數、定子相鉸和通電方式所決定，即—4里”
式中m為相數，f為狀態系數。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、六相或更多相數的步進電動機間世。相數和轉子齒數愈多．則d6小，精度高。但步進電機電源和步進電機結構也愈復雜，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——個通電循環內控制脈沖
的個數為八(拍數)，而每相繞組的供電際沖個數卻恒為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過—‘個d5，所以步進電機際轉角6為口＝氏·N，式中川為控制脈沖的個數。
步進電動機的旋轉方向，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，其轉速、轉角關系與電壓、負載、溫度等因素無關。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、調速范圍寬、運行不受環境條件變化的影響，所以在各種數字控制系統中獲得廣泛采用。
反應式步進電動機的特性步進電動機不改變通電狀態下的運行特性稱為靜態持性，它表征了步進電動機轉矩4J和轉角d的關系；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，通電相校下的齒產生轉矩，定子極下定、轉子小齒的相對位置及所產生的轉矩都是相同的，故可用一對定、轉子小齒的相對位置來表示轉子
的位置，步進電機總的轉矩等于通電相極F各定、轉子小齒產生的轉矩之和。
把定子小齒軸線與轉子小齒軸線之間的夾角定義為失調用氏。當某相通電使定、轉于小齒對齊時，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矩為零，如圖6
—7(“)所示。若人為地使轉子沿順時針方向(圖中為向右)錯開氏角度，則磁通被扭曲．產生逆時針的轉矩M，試圖使定、轉于小齒恢復對齊狀態。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，若人為地使轉子逆時針(圖中為向左)錯開氏角度。則步進電機產生順時針的整步轉短。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、*。’士”*“i夫人z“卞設頒時針方向的久和肥為正，反時針的為負．則當氏在土(1／2)久范圍內變化時，對應的整步轉矩射近似按正弦曲
線變化，如圖6—8所示。該曲線即靜態矩角特性，即＝一人人。ssin氏 (6—可見4J在土氏／2內變化了——個周期，故把眾視為2”電弧度(360。
電角度)。根據式(6—5)有—i—半(自月曰) (6—可見當拍數一定時，無論zl為多少，用電角度表示的步距角均相同，即在一個通電循環內，步進電機總是轉過一個齒距角氏憾
6G‘電角度)。
式(6—8)中的4J—s為步進電機的****靜態轉矩，表征了步進電機的承載能力。圖6—8中的久＝o，＝o之點o林為穩定平衡點。整步轉矩總是試圖使氏減小為零。久＝土氏／2(L180
。)的點為不穩定平衡點。把一6f2一十6／2稱為靜態穩定區。
． 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****靜態轉短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。設轉：嚴的失調角久是指A相定、轉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 20。電角度。當4、月兩相同時通電時特性應為二者之迭加，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，對步進電機穩定運行十分有利，使用時應優先考慮這種運行方式。
臣步運行狀態是指控制脈沖頻率很低，下一個脈沖到來之前，一步運行已經完成，步進電機一步一步地完成脈動(步進)式轉動的情況。
單步運行對的矩角特性和穩定區以王相單三步運行方式為例，設步進電機空載時，4相通電時的短角持性如圖6—ll中的曲線A所示，轉子處于穩定平衡點o q。如加一脈沖，／t相
斷電，且相通電，則短角特性變為曲線B。曲線4、相隔步距角為d4，轉子新的穩定平衡點為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，對步進電機穩定運行十分有利，使用時應優先考慮這種運行方式。
臣步運行狀態是指控制脈沖頻率很低，下一個脈沖到來之前，一步運行已經完成，步進電機一步一步地完成脈動(步進)式轉動的情況。
單步運行對的矩角特性和穩定區以王相單三步運行方式為例，設步進電機空載時，4相通電時的短角持性如圖6—ll中的曲線A所示，轉子處于穩定平衡點o q。如加一脈沖，／t相
斷電，且相通電，則短角特性變為曲線B。曲線4、相隔步距角為d4，轉子新的穩定平衡點為od，只要改變通電狀——365——苦從增大力沁f，剛4相通電時的穩定平衡點為圖中曲
線上的J點．殘留失調角為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，轉子不可能向新的穩定平衡點‘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對應的整步轉矩即為步進電動機的****負載轉矩4Jh·也稱為起動轉矩鳳，其數學表達式為—Mg—M。：s％(字
—A4…cos令—此Alc”等式戶付為運行招數。
由式(6—12)可見，在規定的電源條件下(此m已定)，要提高步進電動機的負載能力，應增大運行拍數，如由單三拍改為單、雙六拍。由于實際負載可能發生變化，AJm：本文來自：www.samsrmotor.com.cn |
