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1、优点：用于位置与速度控制最简单，且没有累积误差。,第四章 步进电动机传动控制系统,缺点：功率小（如几百瓦以下），伺服精度不很高。,步进电动机输入一个步进脉冲则转动一定角度，称为步距角，常用于打印机、数码相机、经济型数控机床的进给伺服系统等。（P92）,4.1 步进电动机,1.结构特点,一. 三相步进电动机结构与工作原理,定子绕组：三相A、B、C，为3个独立绕组，用于产生旋转磁场。,转子,采用软磁性材料，称为反应式（VR）： 步距角小、电流较大、效率较低。,步进电机工作原理就是电磁铁的工作原理,采用永久磁铁，称为永磁式（PM）： 步距角大、电流较小、效率较高。,采用软磁性材料+永久磁铁，称为混合
2、 式(HB):步距角小、电流较小、效率 较高、价格较高。,定子6个齿，转子齿4个、6个,2.三相反应式步进电机工作原理,当A相定子齿与转子齿对齐时，B相定子齿与转子齿顺时针方向错开1/3转子齿距角(图中30)，C相定子齿与转子齿逆时针方向错开1/3转子齿距角(30),通电相序：定子各相绕组的通电顺序，如ABCA(单三拍),A相绕组通电时，转子齿1与A相定子齿对齐,B相绕组通电时，转子齿2与B相定子齿近，吸引对齐，转子顺时针转30，即步距角=30,C相绕组通电时，转子齿3与C相定子齿近，吸引对齐，顺转=30,一个通电循环（这里为3步，称3拍），转子转1个齿。,通电相序反了则电机反转，如ACBA,
3、单双六拍AAB B BC C CAA,A相绕组通电时，转子齿1与A相定子齿对齐,A、B绕组同时通电时，转子齿1、2吸向A、B相定子齿中间，转子顺时针转15，即步距角=15,一个通电循环，转子转1个齿，(这里为6拍， 步距角=转子齿距角/6=90/6=15),B相绕组通电时，转子齿2与B相定子齿近，吸引对齐，转子再顺时针转15,双三拍AB BC CAAB：步距角=30,二. 小步距角步进电机,转子开许多小齿，定子开同样的小齿以便吸引转子齿，对于三相步进电机，当A相定子齿与转子齿对齐时，B相定子齿与转子齿顺时针方向错开1/3转子齿距角，对于五相步进电机则错开1/5转子齿距角,通电相序ABCA一个循
4、环，转子转1个齿,，p为拍数，m为相数， K=1（单三拍、双三拍），K=2（单双六拍）,设转子齿数为Z，则转子齿距角,步距角,例. 某五相步进电机按五相十拍方式运行，转子齿数Z=40，求步距角;当步进脉冲频率f=120Hz时，求电机转速n,解：转子齿距角,步距角,三. 步进电机的主要特性,1. 主要特性, 矩角特性（电磁转矩T与偏转角(或电角 度 )间的关系）,当转子齿与定子齿对齐时，偏转角=0，电磁转矩T=0，当转子齿与定子齿偏离1/4齿(即电角度 )时，T达最大静转矩Tsmax）,为使电机运转可靠，负载转矩只能为3050%Tsmax, 启动惯频特性,启动频率(突跳频率)：在负载转矩为零的条
5、件下启动，不失步地进入正常运行状态所允许的最高启动频率，主要受限于转子及传动机构的惯量。, 运行频率特性,连续运行频率：电机不失步地运行的最高频率，主要受限于绕组电流上升、下降速度；电机加速时不能使频率增加过快。, 矩频特性,矩频特性指在正常运行情况下最大输出转矩与步进脉冲频率间的关系，主要受限于绕组电流上升、下降速度。,2. 性能指标, 步距角, 精度：步距误差最大值或步距累积误差最大值。(P97), 最大静转矩Tsmax, 保持转矩（定位转矩）,对永磁式电机而言，绕组不通电的情况下能维持的输出转矩。,空载下不失步启动的最高步进脉冲频率,为使电机转动可靠，应使负载转矩TL=(0.30.5)T
6、smax,且负载最大静转矩TLmax=(0.30.5)Tst，Tst为电机启动转矩, 启动频率fst,4.2 环形分配器（P318）,二.环形分配器,一. 步进电机驱动系统框图,环形 分配器,功率 放大器,步进电机,A相(mA级),B相(mA级),C相(mA级),A相(A级),B相(A级),C相(A级),步进脉冲,通电相序,环形分配器：用于将步进脉冲转换成通电相序。,1. 用触发器等构造：可靠性不高,2. 用专用集成电路，如CH250，L297，PM03等，方便,3. 用单片机编程实现：方便，成本低。,用8051单片机P1口8个引脚P1.0P1.7中的3个即可,通电相序： AAB B BC C
7、 CAA,P1口赋值(2进制)： 001 011 010 110 100 101 001,P1口赋值(16进制)：01H 03H 02H 06H 04H 05H 01H,编程： MOV DPTR, #TAB MOV A, #03H MOVC A, A+DPTR MOV P1, A TAB: DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H,P1=06H,1. 步进电机驱动的特点, 各相定子绕组工作在脉冲供电方式下, 各相绕组有较大电感，阻碍电流变化,理想绕组电流I：,实际电流I：,故步进电机高速（高频）性能差，需改进驱动电路，使绕组电流尽可能上升快、下降快，如斩波恒流驱动。,4.3 功率放
8、大电路,2. 单电压限流型驱动电路,大功率晶体管VT导通(饱和)则电机绕组通电，VT关断则绕组断电。,先看基本电路：,L, r为绕组电感、内阻,VT导通绕组电流I：,时间常数,当t=3T时，电流I会达到稳态值的95%；t=4T时，电流I达到稳态值的98.2%，故时间常数T越小越好。,VT导通，电压U立即加到绕组上，但电流I只能逐渐增大，规律如下图红线所示：,时间常数,绕组电感L大，而内阻r小，不串电阻R则T大，串R则T大大减小，电流上升、下降速度大大加快，电机性能明显提高。,电容C在VT导通瞬间能进一步加快电流I上升速度。,VT关断时必须让绕组续流，磁场能（电流）逐渐释放，否则会产生数千伏反电
9、势烧坏电路。,续流电路,特点：简单，电流上升速度加快，效率低，用于小电机。,3.高低压切换型驱动电路,特点：电流上升速度大大提高，启动力矩大，高频（高速）性能大大提高，效率高。,先用高压给绕组供电,V2将低压隔离，电流上升极大加快(如几十倍),短时后关VT2,低压给绕组供电得正常电流。,R浪费能量，应去掉,续流电路如下：,对+80V充电，节能高效，电流下降很快。,4.斩波恒流驱动电路,通过采样电阻Re测绕组电流I，IImax则关高压管VT1，低压给绕组供电，电流下降；IImin则开VT1，高压给绕组供电，电流上升，使电流基本恒定。,RD浪费能量，应去掉,特点：电流上升速度大大提高，启动力矩大，高频（高速）性能大大提高，效率高，可灵活控制绕组电流，低频时减小电流以免振动厉害。,续流电路原理同高低压切换型驱动电路,5.调频调压驱动电路 （P326，效果没斩波恒流好）,应注意的一些问题（P331）,步进电机其他次要知识,步进电机的细分驱动 （P327）：一般用细分集成电路。,步进电机开环控制与闭环控制（P329）,