第9章 步进电动机

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1、第9章步进电动机9.1概述9.2反应式步进电动机的工作原理和基本特点9.3步进电动机的矩角特性和静态转矩9.4步进电动机的单步运行状态9.5步进电动机的连续脉冲运行和动特性9.6电源及分配方式对电机性能的影响9.7步进电动机主要性能指标9.8其它类型的步进电动机思考题与习题9.1概述步进电动机（脉冲电动机）是数字控制系统中的一种执行元件。功用：将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步。图9-1步进电动机的功用步进电动机的角位移量θ或线位移量s与脉冲数k成正比（图9-2(a)）；转速n或线速度v与脉冲频率f成正比

2、（图9-2(b)）。适用场合：开环系统中作执行元件，使控制系统大为简化。很适合采用微型计算机控制。图11-2步进电动机的控制特性应用场合：步进电动机用于机械加工的数字程序控制机床中(即数控机床)；在绘图机、轧钢机的自动控制；自动记录仪表和数模变换等。图9-3复杂零件的加工在现代工业，特别是航空、导弹、无线电等工业中，要求加工的机械零件形状复杂，数量多，精度高，利用人工操作不仅劳动强度大，生产效率低，而且难以达到所要求的精度。例图9-3是一个劈锥，形状比较复杂，精度要求比较高，用普通机床或仿形机床加工都是有困难的；通常用坐标镗床一点一点地加工，然后进行人工修整，

3、这样耗费的时间就太长了。为了缩短生产周期，提高生产效率，可用程序控制铣床进行加工。铣床需要作3种动作：(1)铣刀作径向移动(Y方向)；(2)工件以轴为中心作旋转(θ方向)；(3)工件沿轴向移动(X方向)。为了达到精度要求，对这3种动作必须非常准确地进行控制。数字程序控制铣床就是可以准确地进行自动控制的机床。在数控铣床中，上面3个方向的动作分别由3个步进电动机即Y方向步进机，X方向步进机，θ方向步进机来拖动，每一个方向步进电动机都由电脉冲控制。加工零件时，根据零件加工的要求和加工的工序编制计算机程序语言，并将该程序送入电子计算机；计算机就对每一方向的步进电动

4、机给出相应的控制电脉冲，指令步进电动机按照加工的要求依次做各种动作，如转速加快、减慢、启动、停止、正转、反转等；然后步进电动机再通过滚珠丝杠带动机床运动。数控机床整个工作示意图（图9-4）。图9-4数控机床工作示意图机床各个方向严格地按照根据零件加工的形状所编的控制程序协调地动作，不要人工操作就能自动地加工出精度高、形状复杂的零件。利用数控机床加工零件不但可以大大地提高劳动效率，而且加工精度也高。数控铣床、数控车床、数控钻床、线切割机床等，其工作原理相似。步进电动机是数控机床中的关键元件。目前，步进电动机的功率做得越来越大，已生产出所谓“功率步进电动机”。它

5、不通过力矩放大装置，直接由功率步进电动机来带动机床运动，从而提高了系统精度，简化了传动系统的结构。从数控机床加工过程来看，对步进电动机的基本要求是：(1)步进电动机在电脉冲的控制下能迅速启动、正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调节；(2)为了提高精度，要求一个脉冲对应的位移量小，并要准确、均匀。这就要求步进电动机步距小、步距精度高，不得丢步或越步；(3)动作快速。即不仅启动、停步、反转快，并能连续高速运转以提高劳动生产率；(4)输出转矩大，可直接带动负载。9.2反应式步进电动机的工作原理和基本特点一、典型结构图9-5四相反应式步进电动机的结构图9-5是一台

6、四相电机，定子铁心由硅钢片叠成，定子上有8个磁极(大齿)，每个磁极上又有许多小齿。四相反应式步进电动机共有4套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。转子也是由叠片铁心构成，沿圆周有很多小齿，转子上没有绕组。根据工作要求，定子磁极上小齿的齿距和转子上小齿的齿距必须相等，而且转子的齿数有一定的限制。图中转子齿数为50个，定子每个磁极上小齿数为5个。二、反应式步进电动机的工作原理利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩而转动的。图9-6是一台三相反应式步进电动机，定子有6个极，不带小齿，每两个相对的极上绕有一相控制绕组，转子只有4个齿，齿宽等

7、于定子的极靴宽。图9-6三相单三拍运行(a)A相接通；(b)B相接通；(c)C相接通当A相控制绕组通电，而B相和C相都不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，所以转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐。同理，当断开A相接通B相时，转子便按逆时针方向转过30°，使转子齿2和4的轴线与定子B极轴线对齐。断开B相，接通C相，则转子再转过30°，使转子齿1和3的轴线与C极轴线对齐。图9-6三相单三拍运行(a)A相接通；(b)B相接通；(c)C相接通按A-B-C-A……顺序不断接通和断开控制绕组，转子就会一步一步地按逆时针方向连续转动。其转速取决于各控制绕组通电和

8、断电的频率