控制用微电机及其应用

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1、第四章控制用微电机及其应用第一节步进电动机步进电动机又称脉冲马达，是将电脉冲信号转换为线位移或角位移的电动机。永磁式感应式反应式（目前应用最多）定子具有分布均匀的六个磁极，磁极上装有绕组；两个相对的绕组组成一对反应式步进电机定子相数——m，定子磁极个数为2m上图中转子齿数为Zr=4一、矩角特性和稳定平衡点当U相绕组通入直流电流I时，由电磁力作用原理，电动机中产生反应转矩，该反应转矩T称为静转矩，设逆时针方向为正。定子磁极A的轴线方向与转子齿1的轴线方向的夹角称为失调角。设转齿1领先定子磁极A的轴线的为正，则静转矩T与失调角θ的关系为：T=-Tcsinθ——步进

2、电机矩角特性Tc是与控制绕组电流I与匝数及气隙有关的常数。二、步进电机的运行工作方式㈠单三拍方式如果三相电流脉冲的通电顺序U-W-V-U电动机转子将会逆时针转动；U-V-W-U，则电动机转子将会顺时针转动。这种通电方式称为单三拍方式。㈡双三拍方式UV-VW-WU-UVUW-WV-VU-UW改变一次通电方式为一拍单——每拍只有一相定子绕组通电双——每拍只有二相定子绕组通电双三拍方式步矩角θb=（1/6）*180°=30°与单三拍相同。但双三拍的每一步的平衡点，转子受到两个相反方向的转矩而平衡，故稳定性较好。㈢三相单、双六拍方式U-UV-V-VW-W-WU-UU-

3、UW-W-WV-V-VU-U六拍方式的步距角θb=15°三、步进电动机的转速与实际步进电动机设步进电动机的拍数为N，通常拍数即为相数或相数的2倍。即N=m；N=2m。设步距角为θb，则：式中，Zr为转子齿数定子一相绕组通电时形成的磁极个数为2p=2，则步进电动机的转速为：式中，f为电脉冲的频率。步进电动机的定子磁极数与转子齿数之间有一定关系，一般每个磁极下的转子齿数不是整数关系，而是差1/m个齿，这样每极下的转子齿数为：式中，p为磁极对数，K为正整数。对上述的三相六极电动机：2mp=6，K=1对实际的步进电动机，步距角做得很小：1.2°/0.6°、1.5°/0

4、.75°、1.8°/0.9°、2°/1°、3°/1.5°、4.5°/2.25°等。减小步距角，主要通过增加转子齿数Zr。下图为一台三相六极，转子齿数为40齿的反应式步进电动机截面图。为使转子和定子齿一样大小，所以定子每个磁极上也做成齿，每极下的齿数为：K=7时，差1/3，当相数m=3时，步距角为：四、步进电动机的起动和高频运行㈠步进电动机的起动和起动频率设步进电动机原来处于某一相的平衡位置，当一定频率的控制脉冲加入时，电动机开始起动。但其转速不是一下就能达到稳定数值，其间有一暂态过程，即为起动过程。电动机不失步起动时，所能加的最高控制脉冲频率，称为起动频率。实

5、际起动时，起动频率比连续运行频率低得多。电动机刚起动时，转速为零，在起动过程中，电磁转矩除了克服负载阻转矩外，还要克服转子和负载的惯性矩。所以，起动时的负载要比连续运行时重。如果起动时施加脉冲频率过高，则转子转速跟不上磁场转速，以致第一步完成的位置落后于平衡位置较远，造成以后各步转子转速增加不多，而定子磁场转速仍正比于脉冲频率而旋转，使转子与平衡位置的偏差越来越大。最后，因转子位置落后到动稳定区以外而出现失步，使电动机不能起动。当电动机带动负载起动时，作用在电动机转子上的加速转矩为电磁转矩和负载转矩之差。因而负载转矩越大，加速转矩越小，电动机就不易起动。只有脉

6、冲频率较低时，使电动机每一步长有较长的加速时间，电动机才能起动。所以随着负载加重，起动频率降低。起动频率与负载转矩的关系曲线——起动频率特性。提高步进电动机的起动频率①增加电动机起动转矩②减小电动机和负载的惯性③增加运行拍数，使矩角特性，使定子旋转磁场速度减慢。㈡高频恒频运行特性当步进电动机施加高频恒频脉冲时，步进电动机已不是一步一步的旋转，而是连续匀速旋转，称这种状态为高频恒频运行状态。电动机在连续运行状态时产生的转矩称为动态转矩。实验表明：步进电动机的最大动态转矩小于最大静态转矩，并随频率的升高而降低。在高频恒频运行状态下，步进电动机动态输出转矩与频率的关

7、系曲线T=f（f），称为动态转矩-频率特性。