第9章 步进电动机

第第9 9章章 步进电动机步进电动机第第1111章章 步进电动机步进电动机 9.1 概概 述述 步进电动机（脉冲电动机）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。是数字控制系统中的一种执行元件。功功用用：将将脉脉冲冲电电信信号号变变换换为为相相应应的的角角位位移移或或直直线线位位移移，即即给给一一个个脉冲电信号，脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步。电动机就转动一个角度或前进一步。图9-1步进电动机的功用第第1111章章 步进电动机步进电动机 步步进进电电动动机机的的角角位位移移量量或或线线位位移移量量s与与脉脉冲冲数数k成成正正比比（图图9-2(a)）；转速转速n或线速度或线速度v与脉冲频率与脉冲频率f成正比成正比（图（图9-2(b)）。适用场合：适用场合：开开环环系系统统中中作作执执行行元元件件，使使控控制制系系统统大大为为简简化化。很很适适合合采采用用微型计算机控制。微型计算机控制。图11-2步进电动机的控制特性第第1111章章 步进电动机步进电动机 应用场合：应用场合：步步进进电电动动机机用用于于机机械械加加工工的的数数字字程程序序控控制制机机床床中中(即即数数控控机机床床)；在在绘绘图图机机、轧轧钢钢机机的的自自动动控控制制；自自动动记记录录仪仪表表和和数数模模变换等。变换等。图9-3复杂零件的加工第第1111章章 步进电动机步进电动机 在现代工业，在现代工业，特别是航空、特别是航空、导弹、导弹、无线电等工业中，无线电等工业中，要求加工的机械零件形状复杂，要求加工的机械零件形状复杂，数量多，数量多，精度高，精度高，利用人利用人工操作不仅劳动强度大，工操作不仅劳动强度大，生产效率低，生产效率低，而且难以达到所要而且难以达到所要求的精度。求的精度。例图例图9-3是一个是一个劈锥劈锥，形状比较复杂，形状比较复杂，精度要精度要求比较高，求比较高，用普通机床或仿形机床加工都是有困难的；用普通机床或仿形机床加工都是有困难的；通通常用坐标镗床一点一点地加工，常用坐标镗床一点一点地加工，然后进行人工修整，然后进行人工修整，这样这样耗费的时间就太长了。耗费的时间就太长了。为了缩短生产周期，为了缩短生产周期，提高生产效率，提高生产效率，可用程序控制铣床进行加工。可用程序控制铣床进行加工。铣床需要作铣床需要作3种动作：种动作：(1)铣刀作径向移动铣刀作径向移动(Y方向方向)；(2)工件以轴为中心作旋转工件以轴为中心作旋转(方向方向)；(3)工件沿轴向移动工件沿轴向移动(X方向方向)。第第1111章章 步进电动机步进电动机 为了达到精度要求，为了达到精度要求，对这对这 3 种动作必须非常准确地进种动作必须非常准确地进行控制。行控制。数字程序控制铣床就是可以准确地进行自动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。的机床。在数控铣床中，在数控铣床中，上面上面 3 个方向的动作分别由个方向的动作分别由3 个个步进电动机即步进电动机即Y方向步进机，方向步进机，X方向步进机，方向步进机，方向步进机方向步进机来拖动，来拖动，每一个方向步进电动机都由电脉冲控制。每一个方向步进电动机都由电脉冲控制。加工零加工零件时，件时，根据零件加工的要求和加工的工序编制计算机程序根据零件加工的要求和加工的工序编制计算机程序语言，语言，并将该程序送入电子计算机；并将该程序送入电子计算机；计算机就对每一方向计算机就对每一方向的步进电动机给出相应的控制电脉冲，的步进电动机给出相应的控制电脉冲，指令步进电动机按指令步进电动机按照加工的要求依次做各种动作，照加工的要求依次做各种动作，如转速加快、如转速加快、减慢、减慢、启动、启动、停止、正转、停止、正转、反转等；反转等；然后步进电动机再通过滚珠丝杠带然后步进电动机再通过滚珠丝杠带动机床运动。动机床运动。数控机床整个工作示意图（图数控机床整个工作示意图（图9-4）。）。第第1111章章 步进电动机步进电动机 图9-4数控机床工作示意图第第1111章章 步进电动机步进电动机 机机床床各各个个方方向向严严格格地地按按照照根根据据零零件件加加工工的的形形状状所所编编的的控控制制程程序序协协调调地地动动作作，不不要要人人工工操操作作就就能能自自动动地地加加工工出出精精度度高高、形形状状复复杂杂的的零零件件。利利用用数数控控机机床床加加工工零零件件不不但但可可以以大大大大地地提提高高劳动效率，劳动效率，而且加工精度而且加工精度也高。也高。数数控控铣铣床床、数数控控车车床床、数数控控钻钻床床、线线切切割割机机床床等等，其其工工作作原理相似。原理相似。步步进进电电动动机机是是数数控控机机床床中中的的关关键键元元件件。目目前前，步步进进电电动动机机的的功功率率做做得得越越来来越越大大，已已生生产产出出所所谓谓“功功率率步步进进电电动动机机”。它它不不通通过过力力矩矩放放大大装装置置，直直接接由由功功率率步步进进电电动动机机来来带带动动机机床床运运动动，从而提高了系统精度，从而提高了系统精度，简化了传动系统的结构。简化了传动系统的结构。第第1111章章 步进电动机步进电动机 从数控机床加工过程来看，从数控机床加工过程来看，对步进电动机的基本要求是：对步进电动机的基本要求是：(1)步步进进电电动动机机在在电电脉脉冲冲的的控控制制下下能能迅迅速速启启动动、正正反反转转、停转及在很宽的范围内进行转速调节；停转及在很宽的范围内进行转速调节；(2)为为了了提提高高精精度度，要要求求一一个个脉脉冲冲对对应应的的位位移移量量小小，并并要要准准确确、均均匀匀。这这就就要要求求步步进进电电动动机机步步距距小小、步步距距精精度度高，高，不得丢步或越步；不得丢步或越步；(3)动动作作快快速速。即即不不仅仅启启动动、停停步步、反反转转快快，并并能能连连续续高速运转以提高劳动生产率；高速运转以提高劳动生产率；(4)输出转矩大，输出转矩大，可直接带动负载。可直接带动负载。第第1111章章 步进电动机步进电动机 9.2 反应式步进电动机的工作原理和基本特点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第第1111章章 步进电动机步进电动机 图图9-5是一台四相电机，是一台四相电机，定子铁心由硅钢片叠成，定子铁心由硅钢片叠成，定子上有定子上有 8 个磁极个磁极(大齿大齿)，每个磁极上又有许多小齿。每个磁极上又有许多小齿。四相反应式步四相反应式步进电动机共有进电动机共有 4 套定子控制绕组，套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。上的一套绕组为一相。转子也是由叠片铁心构成，转子也是由叠片铁心构成，沿圆周沿圆周有很多小齿，有很多小齿，转子上没有绕组。转子上没有绕组。根据工作要求，根据工作要求，定子磁极上小齿的齿距和转子上小齿的齿定子磁极上小齿的齿距和转子上小齿的齿距必须相等，距必须相等，而且转子的齿数有一定的限制。而且转子的齿数有一定的限制。图中转子齿数为图中转子齿数为50个，个，定子每个磁极上小齿数为定子每个磁极上小齿数为5个。个。第第1111章章 步进电动机步进电动机 二、反应式步进电动机的工作原理二、反应式步进电动机的工作原理利利用用凸凸极极转转子子横横轴轴磁磁阻阻与与直直轴轴磁磁阻阻之之差差所所引引起起的的反反应应转转矩而转动的。矩而转动的。图图9-6是是一一台台三三相相反反应应式式步步进进电电动动机机，定定子子有有 6 个个极极，不不带带小小齿齿，每每两两个个相相对对的的极极上上绕绕有有一一相相控控制制绕绕组组，转转子子只有只有 4 个齿，个齿，齿宽等于定子的极靴宽。齿宽等于定子的极靴宽。图9-6三相单三拍运行(a)A相接通；(b)B相接通；(c)C相接通第第1111章章 步进电动机步进电动机 当当A相相控控制制绕绕组组通通电电，而而B相相和和C相相都都不不通通电电时时，由由于于磁磁通通具具有有力力图图走走磁磁阻阻最最小小路路径径的的特特点点，所所以以转转子子齿齿1和和3的的轴轴线线与与定定子子A极极轴轴线线对对齐齐。同同理理，当当断断开开A相相接接通通B相相时时，转转子子便便按按逆逆时时针针方方向向转转过过30，使使转转子子齿齿2和和4的的轴轴线线与与定定子子B极极轴轴线线对对齐齐。断断开开B相相，接接通通C相相，则则转转子子再再转转过过30，使使转转子子齿齿1和和3的轴线与的轴线与C极轴线对齐。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相接通第第1111章章 步进电动机步进电动机 按按A-B-C-A顺顺序序不不断断接接通通和和断断开开控控制制绕绕组组，转转子子就就会会一步一步地按逆时针方向连续转动。一步一步地按逆时针方向连续转动。其其转转速速取取决决于于各各控控制制绕绕组组通通电电和和断断电电的的频频率率(即即输输入入的的脉脉冲冲频频率率)，旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。通通电电次次序序改改为为A-C-B-A 则则电电机机转转向向相相反反，变变为为按按顺顺时时针方向转动。针方向转动。按按A-B-C-A 方式运行的称为三相单三拍运行。方式运行的称为三相单三拍运行。“三三相相”，是是指指此此步步进进电电动动机机具具有有三三相相定定子子绕绕组组；“单单”是是指指每每次次只只有有一一相相绕绕组组通通电电；“三三拍拍”指指三三次次换换接接为为一一个个循循环环，第第四四次换接重复第一次的情况。次换接重复第一次的情况。第第1111章章 步进电动机步进电动机 (a)AB相通电相通电 (b)BC相通电相通电图图9-7 三相双三拍运行三相双三拍运行三相双三拍的通电方式：三相双三拍的通电方式：控制绕组的通电方式为控制绕组的通电方式为ABBCCAAB ACCBBAAC第第1111章章 步进电动机步进电动机 三相六拍运行三相六拍运行供电方式是供电方式是A-AB-B-BC-C-CA-A A-AC-C-CB-B-BA-A 每一循环换接每一循环换接 6 次，次，总共有总共有 6 种通电状态，种通电状态，这这 6 种通电种通电状态中有时只有一相绕组通电状态中有时只有一相绕组通电(如如A相相)，有时有两相绕组有时有两相绕组同时通电同时通电(如如A相和相和B相相)。图图9-8表示按这种方式对控制表示按这种方式对控制绕组供电时转子位置和磁通分布的图形。绕组供电时转子位置和磁通分布的图形。第第1111章章 步进电动机步进电动机 图9-8三相六拍运行(a)A相通电；(b)A、B相通电；(c)B相通电；(d)B、C相通电第第1111章章 步进电动机步进电动机 三、反应式步进电动机的步距角三、反应式步进电动机的步距角步距角：每一步转子转过的角度。步距角：每一步转子转过的角度。书中图书中图9-2所示的步进电机，定子有所示的步进电机，定子有6个磁极，每个磁极上有个磁极，每个磁极上有5个个小齿；转子有小齿；转子有50个小齿，定子上小齿与转子上小齿的齿距相个小齿，定子上小齿与转子上小齿的齿距相等。运行方式为三相单三拍运行，即等。运行方式为三相单三拍运行，即 A-B -C A 齿距角齿距角t t（相邻两齿间的夹角）：（相邻两齿间的夹角）：定子一个极距所占的齿数为定子一个极距所占的齿数为第第1111章章 步进电动机步进电动机 图9-9转子为50齿时定转子的相对位置（a）A相通电（b）B相通电（c）C相通电第第1111章章 步进电动机步进电动机 图910A相通电时定、转子齿的相对位置图9-5四相反应式步进电动机的结构图图9-5所示的步进电机，定子有所示的步进电机，定子有8个磁极，每个个磁极，每个磁极上有磁极上有5个小齿；转子有个小齿；转子有50个小齿，定子上个小齿，定子上小齿与转子上小齿的齿距相等。运行方式为小齿与转子上小齿的齿距相等。运行方式为三相单三拍运行时，步距角是多少？三相单三拍运行时，步距角是多少？第第1111章章 步进电动机步进电动机 如果运行方式改为四相八拍，如果运行方式改为四相八拍，其通电方式为其通电方式为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A 即单相通电和两相通电相间时，即单相通电和两相通电相间时，与上面与上面三相步进电动机道理完全一样，三相步进电动机道理完全一样，当当A相通电转到相通电转到A、B两相同时两相同时通电时，通电时，定、定、转子齿的相对位置由图转子齿的相对位置由图9-10所示的位置变为图所示的位置变为图9-11那样的位置那样的位置(只画出只画出A、B两个极下的齿两个极下的齿)，转子按顺时针方转子按顺时针方向只转过向只转过1/8齿距角，齿距角，即即0.9，A极和极和B极下的齿轴线与转子齿极下的齿轴线与转子齿轴线都还错开轴线都还错开1/8齿距角。齿距角。图910A相通电时定、转子齿的相对位置图911A、B两相通电时定、转子齿的相对位置第第1111章章 步进电动机步进电动机 当当B相一相通电时，相一相通电时，转子齿轴线与转子齿轴线与B极下齿轴线相重合，极下齿轴线相重合，转子按顺时针方向又转过转子按顺时针方向又转过1/8齿距角。齿距角。这样继续下去，这样继续下去，每每换接一次绕组，换接一次绕组，转子转过转子转过1/8齿距角。齿距角。可见四相八拍运行可见四相八拍运行时的步距角比四相四拍运行时也小一半。时的步距角比四相四拍运行时也小一半。当步进电动机运行方式为四相双四拍，当步进电动机运行方式为四相双四拍，即即AB-BC-CD-DA-AB 方式通电时，方式通电时，步距角与四相单四拍运行时步距角与四相单四拍运行时一样为一样为1/4齿距角，齿距角，即即1.8。第第1111章章 步进电动机步进电动机 四、步进电动机的基本特点四、步进电动机的基本特点 (1)步步进进电电动动机机工工作作时时，每每相相绕绕组组由由专专门门驱驱动动电电源源通通过过“环环形分配器形分配器”按一定规律轮流通电。按一定规律轮流通电。例例如如一一个个按按三三相相双双三三拍拍运运行行的的环环形形分分配配器器输输入入是是一一路路，输输出出有有A、B、C三三路路。若若开开始始是是A、B这这两两路路有有电电压压，输输入入一一个个控控制制电电脉脉冲冲后后，就就变变成成B、C这这两两路路有有电电压压，再再输输入入一一个个电电脉脉冲冲，则则变变成成C、A这这两两路路有有电电压压，再再输输入入一一个个电电脉脉冲冲，又变成又变成A、B这两路有电压了。这两路有电压了。图9-12控制方框图第第1111章章 步进电动机步进电动机 环环形形分分配配器器输输出出的的各各路路脉脉冲冲电电压压信信号号，经经过过各各自自的的放放大大器器放放大大后后送送入入步步进进电电动动机机的的各各相相绕绕组组，使使步步进进电电动动机机一一步步步步转转动动。图图9-13表表示示三三相相双双三三拍拍运运行行时时控控制制电电脉脉冲冲及及各各相相控控制制电电压随时间变化的波形图。压随时间变化的波形图。图9-13三相双三拍运行时各相控制电压波形图第第1111章章 步进电动机步进电动机 步进电动机这种轮流通电的方式称为步进电动机这种轮流通电的方式称为“分配方式分配方式”。每循环一次所包含的通电状态数称为每循环一次所包含的通电状态数称为“状态数状态数”或或“拍数拍数”。状状态态数数等等于于相相数数的的称称为为单单拍拍制制分分配配方方式式(如如三三相相双双三三拍拍、四四相相双四拍等双四拍等)，状状态态数数等等于于相相数数的的两两倍倍的的称称为为双双拍拍制制分分配配方方式式(如如三三相相六六拍拍，四相八拍等四相八拍等)。同同一一台台电电机机可可有有多多种种分分配配方方式式。不不管管分分配配方方式式如如何何，每每循循环环一一次次，控控制制电电脉脉冲冲Uk的的个个数数总总等等于于拍拍数数N，而而加加在在每每相相绕绕组组上上的的脉脉冲冲电电压压(或或电电流流)个个数数却却等等于于1，因因而而控控制制电电脉脉冲冲频频率率f是是每相脉冲电压每相脉冲电压(或电流或电流)频率频率f相相的的N倍，倍，即即第第1111章章 步进电动机步进电动机 (2)每每输输入入一一个个脉脉冲冲电电信信号号转转子子转转过过的的角角度度称称为为步步距距角角，用用符号符号b表示。表示。当当电电机机按按四四相相单单四四拍拍运运行行，即即按按A-B-C-D-A 顺顺序序通通电电时时，若若开开始始是是A相相通通电电，转转子子齿齿轴轴线线与与A相相磁磁极极的的齿齿轴轴线线对对齐齐；换换接接一一次次绕绕组组，转转子子转转过过的的角角度度为为1/4齿齿距距角角；转转子子需需要要走走 4 步步，才才转转过过一一个个齿齿距距角角；此此时时转转子子齿齿轴轴线线又又重重新与新与A相磁极的齿轴线对齐。相磁极的齿轴线对齐。当当电电机机在在四四相相八八拍拍运运行行，即即按按A-AB-B-BC-C-CD-D-DA 顺顺序序通通电电时时，换换接接一一次次绕绕组组，转转子子转转过过的的角角度度为为1/8齿距角；齿距角；转子需要走转子需要走 8 步才转过一个齿距角。步才转过一个齿距角。第第1111章章 步进电动机步进电动机 (式中，式中，ZR为转子齿数为转子齿数)，所以转子每步转过的空间角度所以转子每步转过的空间角度(机械角度机械角度)，即步距角为即步距角为(9-2)式中，式中，N为运行拍数，为运行拍数，N=km(k=1,2；m为相数为相数)。由于转子相邻两齿间的夹角，由于转子相邻两齿间的夹角，即齿距角为即齿距角为(9-1)第第1111章章 步进电动机步进电动机 减小步距角可以增加拍数减小步距角可以增加拍数N。1、相数增加相当于拍数增加，、相数增加相当于拍数增加，但相数越多，但相数越多，电源及电机电源及电机的结构也越复杂。的结构也越复杂。反应式步进电动机一般做到六相，反应式步进电动机一般做到六相，个个别的也有八相或更多相数。别的也有八相或更多相数。对同一相数既可以采用单拍对同一相数既可以采用单拍制，制，也可采用双拍制。也可采用双拍制。采用双拍制时步距角减小一半。采用双拍制时步距角减小一半。所以一台步进电动机可有两个步距角，所以一台步进电动机可有两个步距角，如如1.5/0.75、1.2/0.6、3/1.5等。等。2、增加转子齿数、增加转子齿数ZR，步距角也可减小。步距角也可减小。所以反应式步进所以反应式步进电动机的转子齿数一般是很多的。电动机的转子齿数一般是很多的。通常反应式步进电动通常反应式步进电动机的步距角为零点几度到几度。机的步距角为零点几度到几度。第第1111章章 步进电动机步进电动机 如果将转子齿数看作为转子的极对数，如果将转子齿数看作为转子的极对数，那末一个齿就对应那末一个齿就对应360电角度电角度(或或2电弧度电弧度)，即用电角度即用电角度(或电弧度或电弧度)表示的齿距表示的齿距角为角为 te=360 或或 te=2 rad 相应的步距角为相应的步距角为(9-3)第第1111章章 步进电动机步进电动机 (9-5)可可见见，与与一一般般电电机机一一样样，电电角角度度等等于于机机械械角角度度乘乘上上极极对数对数(这里是转子齿数这里是转子齿数)。或或(9-4)所所以以当当拍拍数数一一定定时时，不不论论转转子子齿齿数数多多少少，用用电电角角度度表表示示的的步步距距角角均均相相同同。考考虑虑到到式式(9-2)，用用电电角角度度表表示的步距角示的步距角第第1111章章 步进电动机步进电动机 (3)反反应应式式步步进进电电动动机机可可以以按按特特定定指指令令进进行行角角度度控控制制，也也可可以以进进行速度控制。行速度控制。角角度度控控制制时时，每每输输入入一一个个脉脉冲冲，定定子子绕绕组组就就换换接接一一次次，输输出出轴轴就就转转过过一一个个角角度度，其其步步数数与与脉脉冲冲数数一一致致，输输出出轴轴转转动动的的角角位位移移量与输入脉冲数成正比。量与输入脉冲数成正比。速速度度控控制制时时，送送入入步步进进电电动动机机的的是是连连续续脉脉冲冲，各各相相绕绕组组不不断断地地轮流通电，轮流通电，步进电机连续运转，步进电机连续运转，它的转速与脉冲频率成正比。它的转速与脉冲频率成正比。由由式式(9-2)可可见见，每每输输入入一一个个脉脉冲冲，转转子子转转过过的的角角度度是是整整个个圆圆周周角角的的1/(ZRN)，也也就就是是转转过过1/(ZRN)转转，因因此此每每分分钟钟转转子子所所转转过的圆周数，过的圆周数，即转速为即转速为式中，式中，f为控制脉冲的频率，为控制脉冲的频率，即每秒输入的脉冲数。即每秒输入的脉冲数。（96）第第1111章章 步进电动机步进电动机 反反应应式式步步进进电电动动机机转转速速取取决决于于脉脉冲冲频频率率、转转子子齿齿数数和和拍拍数数，而与电压、而与电压、负载、负载、温度等因素无关。温度等因素无关。当当转转子子齿齿数数一一定定时时，转转子子旋旋转转速速度度与与输输入入脉脉冲冲频频率率成成正正比比，或或者者说说其其转转速速和和脉脉冲冲频频率率同同步步。改改变变脉脉冲冲频频率率可可以以改改变变转转速速，故可进行无级调速，故可进行无级调速，调速范围很宽。调速范围很宽。改改变变通通电电顺顺序序，即即改改变变定定子子磁磁场场旋旋转转的的方方向向，就就可可以以控控制制电电机正转或反转。机正转或反转。步步进进电电动动机机是是用用电电脉脉冲冲进进行行控控制制的的电电机机。改改变变电电脉脉冲冲输输入入的的情情况况，就就可可方方便便地地控控制制它它，使使它它快快速速启启动动、反反转转、制制动动或或改变转速。改变转速。第第1111章章 步进电动机步进电动机 步步进进电电动动机机的的转转速速还还可可用用步步距距角角来来表表示示，将将式式(9-6)进进行行变变换，换，可得可得(9-7)式中，式中，b为用度数表示的步距角。为用度数表示的步距角。当当脉脉冲冲频频率率f一一定定时时，步步距距角角越越小小，电电机机转转速速越越低低，因因而而输输出出功率越小。功率越小。从从提提高高加加工工精精度度上上要要求求，应应选选用用小小的的步步距距角角，但但从从提提高高输输出出功率上要求，功率上要求，步距角又不能取得太小。步距角又不能取得太小。一般步距角应根据系统中应用的具体情况进行选取。一般步距角应根据系统中应用的具体情况进行选取。第第1111章章 步进电动机步进电动机 (4)步进电机具有自锁能力。步进电机具有自锁能力。当当控控制制电电脉脉冲冲停停止止输输入入，而而让让最最后后一一个个脉脉冲冲控控制制的的绕绕组组继继续续通通直直流流电电时时，电电机机可可以以保保持持在在固固定定的的位位置置上上，即即停停在在最最后后一一个个脉脉冲冲控控制制的的角角位位移移的的终终点点位位置置上上。步步进进电电动动机机可可以以实实现现停停车时转子定位。车时转子定位。由由于于步步进进电电动动机机工工作作时时的的步步数数或或转转速速既既不不受受电电压压波波动动和和负负载载变变化化的的影影响响(在在允允许许负负载载范范围围内内)，也也不不受受环环境境条条件件(温温度度、压压力力、冲冲击击、振振动动等等)变变化化的的影影响响，只只与与控控制制脉脉冲冲同同步步，同同时时它它又又能能按按照照控控制制的的要要求求，实实现现启启动动、停停止止、反反转转或或改改变变转转速。速。因此，因此，步进电动机被广泛地应用于各种数字控制系统中。步进电动机被广泛地应用于各种数字控制系统中。第第1111章章 步进电动机步进电动机 9.3 步进电动机的矩角特性和静态转矩步进电动机的矩角特性和静态转矩 步进电机的静态运行步进电机的静态运行通电状态不变，电机处于稳定状态。通电状态不变，电机处于稳定状态。静态运行特性静态运行特性不不改改变变通通电电状状态态，也也就就是是一一相相或或几几相相控控制制绕绕组组通通有有直直流流电电时时的的运行特性。运行特性。一、矩角特性一、矩角特性1、初始稳定平衡位置、初始稳定平衡位置步步进进电电机机在在空空载载情情况况下下，控控制制绕绕组组通通以以直直流流电电时时转转子子的的最最后后稳稳定平衡位置，或称零位。此时，静态转矩为零定平衡位置，或称零位。此时，静态转矩为零第第1111章章 步进电动机步进电动机 2、失调角、失调角步进电机转子偏离初始平衡位置的电角度，用步进电机转子偏离初始平衡位置的电角度，用e e表示。反应表示。反应式步进电机中，式步进电机中，转子一个齿距对应的电角度为转子一个齿距对应的电角度为2 2。3 3、矩角特性矩角特性不改变通电状态，步进电机产生的静态转矩不改变通电状态，步进电机产生的静态转矩T随失调角随失调角e的变的变化规律，化规律，即即T=f(e)曲线曲线单相通电时，单相通电时，通电相极下的齿产生转矩，通电相极下的齿产生转矩，这些齿与转子齿这些齿与转子齿的相对位置及所产生的转矩都是相同的，的相对位置及所产生的转矩都是相同的，故可以用一对定、故可以用一对定、转子齿的相对位置来表示转子位置，转子齿的相对位置来表示转子位置，电机总的转矩等于通电电机总的转矩等于通电相极下各个定子齿所产生的转矩之和。相极下各个定子齿所产生的转矩之和。第第1111章章 步进电动机步进电动机 图9-14定、转子齿的相对位置图图 9-14表表示示定定子子一一个个齿齿与与转转子子一一个个齿齿的的相相对对位位置置。定定子子齿齿轴轴线线与与转转子子齿齿轴轴线线之之间间的的夹夹角角e为为电电角角度度表表示示的的转转子子失失调调角角。t为为一一个个齿齿距距对对应应的的角角度度，称称为为齿齿距距角角。若若用用电电弧度表示，弧度表示，则齿距角则齿距角te=2。第第1111章章 步进电动机步进电动机 当当失失调调角角e=0时时，转转子子齿齿轴轴线线和和定定子子齿齿轴轴线线重重合合。此此时时，定定、转转子子齿齿之之间间虽虽有有较较大大的的吸吸力力，但但吸吸力力是是垂垂直直于于转转轴轴的的，不不是是圆圆周周方方向向，故故电电机机产产生生的的转转矩矩为为0，如如图图9 15(a)所所示示。把把e=0,T=0的位置称稳定平衡位置的位置称稳定平衡位置(或协调位置或协调位置)。如如果果转转子子偏偏离离这这个个位位置置，转转过过某某一一角角度度时时，定定、转转子子齿齿之之间的吸力有了切向分量，间的吸力有了切向分量，因而形成转矩因而形成转矩T，此称为此称为静态转矩静态转矩。图9-15定、转子间的作用力第第1111章章 步进电动机步进电动机 图9-15定、转子间的作用力随着失调角随着失调角e(顺时针方向定为正值顺时针方向定为正值)增加，增加，电机产生的转矩增电机产生的转矩增大，大，当当e+/2(即即1/4齿距角齿距角)时，时，转矩最大。转矩最大。转矩的方向是转矩的方向是逆时针的，逆时针的，如图如图9 15(b)，故取转矩为负值故取转矩为负值。失调角失调角e=+(即即1/2齿距角齿距角)时，时，转子的位置正好使转子的齿转子的位置正好使转子的齿轴线对准定子槽的轴线，轴线对准定子槽的轴线，转子槽轴线对准定子齿的轴线，转子槽轴线对准定子齿的轴线，此此时，时，相邻两个转子齿都受到中间那个定子齿的拉力，相邻两个转子齿都受到中间那个定子齿的拉力，对转子对转子的作用是相互平衡的，的作用是相互平衡的，如图如图9 15(c)，故转矩也为故转矩也为0。第第1111章章 步进电动机步进电动机 图9-15定、转子间的作用力当当失失调调角角e+时时，转转子子齿齿转转到到下下一一个个定定子子齿齿下下，受受下下一一个个定定子子齿齿的的作作用用，转转矩矩的的方方向向是是使使转转子子齿齿与与该该定定子子齿齿对对齐齐，是是顺顺时时针针方方向向，如如图图9-15(d)，转转矩矩取取为为正正值值。当当e=+2时时，转转子子齿齿与与下下一一个个定定子子齿齿对对齐齐，转转矩矩为为0。失失调调角角e继继续续增增加加，转转矩矩又又重重复复上上面面情情况况作作周周期期性性的的变变化化。当当失失调调角角相相对对于于协协调调位位置置以以相相反反的的方方向向偏偏移移，即即失失调调角角为为负负值值时时，-e0范范围围内内转转矩矩的的方方向向为为顺顺时时针针，故故取取正正值值，转转矩矩值值的的变变化化情情况况与与上上相同。相同。第第1111章章 步进电动机步进电动机 图9-16步进电动机的矩角特性步进电动机矩角特性上的静态转矩最大值Tjmax表示了步进电动机承受负载的能力，是步进电动机最主要的性能指标之一，通常在技术数据中都会指明。第第1111章章 步进电动机步进电动机 定定性性地地讨讨论论了了单单相相通通电电时时静静态态转转矩矩与与转转子子失失调调角角的的关关系系，根根据据机电能量转换原理机电能量转换原理可推导静态转矩的数学表达式。可推导静态转矩的数学表达式。T=-Tjmaxsine-(IN)2ZsZRlG1sine(Nm)(9-8)式中，式中，Zs为定子每极下的小齿数；为定子每极下的小齿数；G为气隙比磁导为气隙比磁导当失调角当失调角e=90时，时，静态转矩为最大，静态转矩为最大，即即 T=Tjmax=(IN)2ZsZRlG1 (Nm)(9-9)当不计铁心饱和时，当不计铁心饱和时，静态转矩最大值与绕组电流平方成正比。静态转矩最大值与绕组电流平方成正比。第第1111章章 步进电动机步进电动机 多多相相通通电电时时的的矩矩角角特特性性和和最最大大静静态态转转矩矩Tjmax与与单单相相通通电电时时不不同。同。按按照照叠叠加加原原理理，多多相相通通电电时时的的矩矩角角特特性性近近似似地地可可以以由由每每相相各各自通电时的矩角特性叠加起来求出。自通电时的矩角特性叠加起来求出。先先以以三三相相步步进进电电机机为为例例。三三相相步步进进电电动动机机可可以以单单相相通通电电，也也可可以以两两相相同同时时通通电电，下下面面推推导导三三相相步步进进电电动动机机当当两两相相通通电电时时(如如A、B两相两相)的矩角特性。的矩角特性。图图 9-17 A相和相和B相定子齿相对转子齿的位置相定子齿相对转子齿的位置 第第1111章章 步进电动机步进电动机 如果转子失调角e是指A相定子齿轴线与转子齿轴线之间的夹角，那末A相通电时的矩角特性是一条通过0点的正弦曲线(假定矩角特性可近似地看作正弦形)，可以用下式表示：TA=-T jmaxsine当B相也通电时，由于e=0时的B相定子齿轴线与转子齿轴线相夹一个单拍制的步距角，这个步距角以电角度表示为be，其值为be=te/3=120电角度或2/3电弧度，如图9-17所示。所以B相通电时的矩角特性可表示为TB=-Tjmaxsin(e-120)这是一条与A相矩角特性相距120(即te/3)的正弦曲线。第第1111章章 步进电动机步进电动机 当当A、B两相同时通电时合成矩角特性应为两者相加，两相同时通电时合成矩角特性应为两者相加，即即 TAB=TA+TB=-Tjmaxsine-Tjmaxsin(e-120)=-Tjmaxsin(e-60)TAB是一条幅值不变，是一条幅值不变，相移相移60(即即te/6)的正弦曲线。的正弦曲线。A相、相、B相及相及A、B两相同时通电的矩角特性如图两相同时通电的矩角特性如图9-18(a)所示。所示。除了用波形图表示多相通电时矩角特性外，除了用波形图表示多相通电时矩角特性外，还可用向量图还可用向量图来表示，来表示，如图如图9-18(b)所示。所示。图9-18三相步进电动机单相、两相通电时的转矩 (a)矩角特性；(b)转矩向量图第第1111章章 步进电动机步进电动机 从从上上面面对对三三相相步步进进电电动动机机两两相相通通电电时时矩矩角角特特性性的的分分析析可可以以看看出出，两两相相通通电电时时的的最最大大静静态态转转矩矩值值与与单单相相通通电电时时的的最最大大静静态态转转矩矩值值相相等等。也也就就是是说说，对对三三相相步步进进电电机机来来说说，不不能能依依靠靠增增加加通通电电相相数数来来提提高高转转矩矩，这这是是三三相相步步进进电电机机一一个个很很大大的的缺缺点。点。如如果果不不用用三三相相，而而用用更更多多相相时时，多多相相通通电电是是否否能能提提高高转转矩矩呢呢?回答是肯定的。回答是肯定的。下面以五相电机为例进行分析。下面以五相电机为例进行分析。第第1111章章 步进电动机步进电动机 图9-19五相步进电动机单相、两相、三相通电时的矩角特性图920五相步进电动机转矩向量图第第1111章章 步进电动机步进电动机 与三相步进电机分析方法一样，与三相步进电机分析方法一样，也可作出五相步进也可作出五相步进电机的单相、电机的单相、两相、两相、三相通电时矩角特性的波形图和向三相通电时矩角特性的波形图和向量图，量图，如图如图9-19和图和图9-20所示。所示。由图可见，由图可见，两相和三两相和三相通电时矩角特性相对相通电时矩角特性相对A相矩角特性分别移动了相矩角特性分别移动了2/10及及2/5，静态转矩最大值两者相等，静态转矩最大值两者相等，而且都比一相通电时而且都比一相通电时大。大。因此，因此，五相步进电动机采用两相五相步进电动机采用两相三相运行方式三相运行方式(如如AB-ABC-BC)不但转矩加大，不但转矩加大，而且矩角特性而且矩角特性形状相同，形状相同，这对步进电机运行的稳定性是非常有利的，这对步进电机运行的稳定性是非常有利的，在使用时应优先考虑这样的运行方式。在使用时应优先考虑这样的运行方式。第第1111章章 步进电动机步进电动机 下面给出下面给出m相电机，相电机，n相同时通电矩角特性的一般表达式：相同时通电矩角特性的一般表达式：T1=-Tjmaxsin e T2=-Tjmaxsin(e-be)Tn=-Tjmaxsine-(n-1)be所以所以n相同时通电时转矩相同时通电时转矩 式中，式中，be为单拍制分配方式时的步距角为单拍制分配方式时的步距角(电角度或电弧度电角度或电弧度)。第第1111章章 步进电动机步进电动机 因为be=2/m，所以因因而而m相相电电机机n相相同同时时通通电电时时转转矩矩最最大大值值与与单单相相通通电电时时转转矩矩最最大值之比大值之比(9-10)第第1111章章 步进电动机步进电动机 例如五相电动机两相通电时转矩最大值为三相通电时第第1111章章 步进电动机步进电动机 9.4 步进电动机的单步运行状态步进电动机的单步运行状态 单单步步运运行行状状态态是是指指步步进进电电动动机机在在单单相相或或多多相相通通电电状状态态下下，仅仅改改变变一一次次通通电电状状态态时时的的运运行行方方式式，或或输输入入脉脉冲冲频频率率非非常常之之低低，以以至至加加第第二二脉脉冲冲之之前前，前前一一步步已已经经走走完完，转转子子运运行行已经停止的运行状态。已经停止的运行状态。第第1111章章 步进电动机步进电动机 9.4.1 步进电机的单步运行和最大负载能力步进电机的单步运行和最大负载能力假假设设矩矩角角特特性性为为正正弦弦形形，失失调调角角e是是A相相定定子子齿齿轴轴线线与与转转子子齿齿轴轴线线之之间间的的夹夹角角，A相相通通电电时时的的矩矩角角特特性性如如图图9-21曲曲线线A所所示示。图图中中，e=0的的点点是是对对应应A相相定定子子齿齿轴轴线线与与转转子子齿齿轴轴线线相重合时的转子位置，相重合时的转子位置，称为平衡位置。称为平衡位置。图9-21空载时步进电动机的单步运行第第1111章章 步进电动机步进电动机 当当电电机机处处于于理理想想空空载载即即不不带带任任何何负负载载时时，转转子子停停在在e=0的的位位置置上上。如如果果此此时时送送入入一一个个控控制制脉脉冲冲，切切换换为为B相相绕绕组组通通电电，矩矩角角特特性性就就移移动动一一个个步步距距角角be(等等于于120)，跃跃变变为曲线为曲线B，e=120就成为新的平衡位置。就成为新的平衡位置。切切换换的的瞬瞬时时转转子子处处于于e=0的的位位置置，对对应应e=0的的电电磁磁转转矩矩已已由由T=0突突变变为为T=Tjmaxsin120(对对应应图图中中a点点的的转转矩矩)；电电机机在在电电磁磁转转矩矩作作用用下下将将向向新新的的初初始始平平衡衡位位置置移移动动，直直至至e=120为为止止。这这样样，电电机机从从e=0到到e=120步步进进了了一一步步(一一个个步步距距角角)。如如果果不不断断送送入入控控制制脉脉冲冲，使使绕绕组组按按照照A-B-C-A 顺顺序序不不断断换换接接，电电机机就就不不断断地地一一步步一一步步转转动动，每每走走一一步转过一个步距角，步转过一个步距角，这就是步进电动机作单步运行的情况。这就是步进电动机作单步运行的情况。第第1111章章 步进电动机步进电动机 当当电电机机带带有有恒恒定定负负载载TL时时若若A相相通通电电，转转子子将将停停留留在在失失调调角角为为ea的的位位置置上上，如如图图9-22所所示示。当当e=ea时时，电电磁磁转转矩矩TA(对对应应a点点的的转转矩矩)与与负负载载转转矩矩TL相等，相等，转子处于平衡。转子处于平衡。图9-22加载时步进电动机的单步运行第第1111章章 步进电动机步进电动机 如果送入控制脉冲，如果送入控制脉冲，转换到转换到B相通电，相通电，则转子所受的有则转子所受的有效转矩为电磁转矩效转矩为电磁转矩TB与负载转矩与负载转矩TL之差，之差，即图即图9-22上的阴上的阴影部分。影部分。转子在此转矩的作用下也转过一个步距角转子在此转矩的作用下也转过一个步距角120，由由e=ea转到新的平衡位置转到新的平衡位置e=eb。当绕组不断地换接时，当绕组不断地换接时，电机不断地作步进运动，电机不断地作步进运动，步距角仍为步距角仍为120电角度。电角度。图9-22加载时步进电动机的单步运行第第1111章章 步进电动机步进电动机 步进电机作单步运行时能带动的最大负载步进电机作单步运行时能带动的最大负载图9-23最大负载能力的确定第第1111章章 步进电动机步进电动机 图图9-23表示电机作单步运行时的矩角特性，表示电机作单步运行时的矩角特性，图中相邻两状图中相邻两状态矩角特性的交点所对应的电磁转矩用态矩角特性的交点所对应的电磁转矩用Tq表示。表示。1、当电机所带负载的阻转矩、当电机所带负载的阻转矩TLTq时，时，如果开始时转子是如果开始时转子是处在失调角为处在失调角为em的平衡点的平衡点m，当控制脉冲切换通电绕当控制脉冲切换通电绕组使组使B相通电时，相通电时，矩角特性跃变为曲线矩角特性跃变为曲线B。对应角对应角em的的电磁转矩大于负载转矩，电磁转矩大于负载转矩，电机就能在电磁转矩作用下转过电机就能在电磁转矩作用下转过一个步距角到达新的平衡位置一个步距角到达新的平衡位置n。2、当当负负载载阻阻转转矩矩T LTq，开开始始时时转转子子处处于于失失调调角角为为em的的m点点，当当绕绕组组切切换换后后，对对应应角角em的的电电磁磁转转矩矩小小于于负负载载转矩，转矩，电机就不能作步进运动。电机就不能作步进运动。第第1111章章 步进电动机步进电动机 电电机机作作单单步步运运动动所所能能带带动动的的极极限限负负载载（极极限限启启动动转转矩矩）：电电机机以以一一定定通通电电方方式式运运行行时时，相相邻邻矩矩角角特特性性的的交交点点所所对对应应的转矩的转矩Tq。实实际际电电机机所所带带的的负负载载转转矩矩TL必必须须小小于于极极限限启启动动转转矩矩才才能能运运行，行，即即 TLTq (9-11)步步距距角角减减少少可可使使相相邻邻矩矩角角特特性性位位移移减减少少，就就可可提提高高极极限限启启动转矩动转矩Tq，增大电机的负载能力。增大电机的负载能力。第第1111章章 步进电动机步进电动机 例例如如三三相相步步进进电电动动机机当当运运行行方方式式为为三三相相单单三三拍拍或或三三相相双双三三拍拍时，时，极限启动转矩极限启动转矩当当三三相相六六拍拍时时，矩矩角角特特性性幅幅值值不不变变，而而步步距距角角小小了了一一半半(见见图图9-18(a)所示所示)，故极限启动转矩故极限启动转矩采用双拍制分配方式后，采用双拍制分配方式后，由于步距角减少，由于步距角减少，极限启动转矩极限启动转矩要比单拍制大些。要比单拍制大些。图图 9-18 三相步进电动机单相、三相步进电动机单相、两相通电时的转矩两相通电时的转矩第第1111章章 步进电动机步进电动机 三三相相电电机机多多相相通通电电时时，由由于于矩矩角角特特性性幅幅值值不不变变，因因而而电电机机负负载载能能力力没没有有得得到到很很大大提提高高。若若采采用用高高于于三三相相的的多多相相电电机机多多相相通通电电，则则由由于于矩矩角角特特性性的的幅幅值值增增加加，也也能能使使特特性性的的交交点点向向上上升升，从从而而提提高高极极限限启启动动转转矩矩。如如五五相相电机采用三相电机采用三相两相轮流通电时的情况。两相轮流通电时的情况。第第1111章章 步进电动机步进电动机 因为用电角度表示的步距角因为用电角度表示的步距角be=2/N(N为拍数为拍数)，所以所以(9-13)拍数越多，拍数越多，极限启动转矩极限启动转矩Tq越接近于越接近于Tjamx。(9-12)如果矩角特性近似看作为正弦形，且相邻矩角特性的幅值相如果矩角特性近似看作为正弦形，且相邻矩角特性的幅值相等，用电角度表示的步距角为等，用电角度表示的步距角为be，则相邻矩角特性交点所，则相邻矩角特性交点所对应的角度为对应的角度为0.5(be-)，电机的最大负载能力即极限启动转，电机的最大负载能力即极限启动转矩为矩为两相反应式步进电动机有没启动转矩？两相反应式步进电动机有没启动转矩？第第1111章章 步进电动机步进电动机 两两相相反反应应式式步步进进电电动动机机由由于于用用电电弧弧度度表表示示的的步步距距角角为为，矩矩角角特特性性的的交交点点位位于于横横坐坐标标上上，式式(9-13)的的值值也也等等于于0，所所以以两两相相反反应应式式电电动动机机没没有有启启动动转转矩矩；如如果果不不采采取取特特殊殊措措施施，这这种种电机就不能运行。电机就不能运行。Tq值值是是电电机机作作单单步步运运行行时时的的最最大大允允许许负负载载。由由于于负负载载值值可可能能变变化化，而而Tjmax计计算算也也不不准准确确，因因而而实实际际应应用用时时应应留留有有相相当当余余量才能保证可靠运行。量才能保证可靠运行。第第1111章章 步进电动机步进电动机 9.4.2 单步运行时转子振荡现象单步运行时转子振荡现象图9-24无阻尼时转子的自由振荡第第1111章章 步进电动机步进电动机 如果开始时如果开始时A相通电，相通电，转子处于失调角为转子处于失调角为e=0的位置。的位置。当绕当绕组换接使组换接使B相通电时，相通电时，这时这时B相定子齿轴线与转子齿轴线错开相定子齿轴线与转子齿轴线错开be角，角，矩角特性向前移动了一个步矩角矩角特性向前移动了一个步矩角be，转子在电转子在电磁转矩作用下由磁转矩作用下由a点向新的平衡位置点向新的平衡位置e=be的的b点点(即即B相定相定子齿轴线和转子齿轴线重合子齿轴线和转子齿轴线重合)的位置作步进运动。的位置作步进运动。到达到达b点位点位置时，置时，转矩就为转矩就为0，但转速不为但转速不为0。由于惯性作用，由于惯性作用，转子要转子要越过平衡位置继续运动。越过平衡位置继续运动。当当ebe时，时，电磁转矩为负值，电磁转矩为负值，因而电机减速。因而电机减速。失调角失调角e越大，越大，负的转矩越大，负的转矩越大，电机越是很快被减速，电机越是很快被减速，直至速度为直至速度为0的的c点。点。如果电机没有受到阻尼作用，如果电机没有受到阻尼作用，c点所对应的失调角点所对应的失调角为为2be，这时这时B相定子齿轴线与转子齿轴线反方向错开相定子齿轴线与转子齿轴线反方向错开be角。角。以后电机在负转矩作用下向反方向转动，以后电机在负转矩作用下向反方向转动，又越过又越过平衡位置回到开始出发点平衡位置回到开始出发点a点。点。第第1111章章 步进电动机步进电动机 绕组每换接一次，如果无阻尼作用，电机就环绕新的平衡位置来回作不衰减的振荡，此称为自由振荡，如图9-24(b)所示。其振荡幅值为步距角be。若振荡角频率用0表示，相应的振荡频率和周期为自由振荡角频率0与振荡的幅值有关。第第1111章章 步进电动机步进电动机 当当拍拍数数很很大大时时，步步距距角角很很小小，振振荡荡的的振振幅幅很很小小。也也就就是是说说，转转子子在在平平衡衡位位置置附附近近作作微微小小的的振振荡荡，这这时时振振荡荡的的角角频频率率称称为为固固有有振振荡荡角角频频率率，用用0表表示示。理理论论上上证证明明固固有有振荡角频率为振荡角频率为(9-14)式中，式中，J为转动部分的转动惯量。为转动部分的转动惯量。固有振荡角频率固有振荡角频率0是步是步进电机一个很重要的参数。进电机一个很重要的参数。第第1111章章 步进电动机步进电动机 随随着着拍拍数数减减少少，步步距距角角增增大大，自自由由振振荡荡的的振振幅幅也也增增大大，自自由由振振荡荡频频率率就就减减少少。比比值值0/0与与振振荡荡的的幅幅值值(即即步步距距角角)的的关关系如图系如图9-25所示。所示。图图 9-25 自由振荡角频率与振幅的关系自由振荡角频率与振幅的关系第第1111章章 步进电动机步进电动机 图图 9 26 有阻尼时转子的衰减振荡有阻尼时转子的衰减振荡 实际上转子作无阻尼的自由振荡是不可实际上转子作无阻尼的自由振荡是不可能的，能的，由于轴上的摩擦、由于轴上的摩擦、风阻及内部风阻及内部电阻尼等存在，电阻尼等存在，单步运动时转子环绕单步运动时转子环绕平衡位置的振荡过程总是衰减的，图平衡位置的振荡过程总是衰减的，图9-26所示。所示。单步运动时转子环绕平衡位置的振荡过单步运动时转子环绕平衡位置的振荡过程总是衰减的。阻尼作用越大，程总是衰减的。阻尼作用越大，衰减衰减得越快，得越快，最后仍稳定于平衡位置附近。最后仍稳定于平衡位置附近。第第1111章章 步进电动机步进电动机 9.5 步进电动机的连续脉冲运行和动特性步进电动机的连续脉冲运行和动特性 随随着着外外加加脉脉冲冲频频率率的的提提高高，步步进进电电动动机机进进入入连连续续转转动动状状态态。在在运运行行过过程程中中具具有有良良好好的的动动态态性性能能是是保保证证控控制制系系统统可可靠靠工作的前提。工作的前提。在在控控制制系系统统的的控控制制下下，步步进进电电动动机机经经常常作作启启动动、制制动动、正正转转、反反转转等等动动作作，并并在在各各种种频频率率下下(对对应应于于各各种种转转速速)运运行行，这这就就要要求求电电机机的的步步数数与与脉脉冲冲数数严严格格相相等等，即即不不丢丢步步也也不不越越步步，而且转子的运动应是平稳的。而且转子的运动应是平稳的。由由于于步步进进电电机机的的动动态态性性能能不不好好或或使使用用不不当当，会会造造成成运运行行中中的的丢丢步步，由由步步进进电电机机的的“步步进进”所所保保证证的的系系统统精精度度就就失失去去了了意意义义。当当提提高高使使用用频频率率时时，步步进进电电机机的的快快速速性性也也是是动动态态性性能能的的重要内容之一。重要内容之一。第第1111章章 步进电动机步进电动机 9.5.1 运行矩频特性运行矩频特性 步步进进电电动动机机作作单单步步运运行行时时的的最最大大允允许许负负载载转转矩矩为为Tq，但但当当控控制制脉脉冲冲频频率率逐逐步步增增加加，电电机机转转速速逐逐步步升升高高时时，步步进进电电动动机机所所能能带带动动的的最最大大负负载载转转矩矩值值将将逐逐步步下下降降。电电机机连连续续转转动动时时所所产产生的最大输出转矩生的最大输出转矩T是随着脉冲频率是随着脉冲频率f的升高而减少的。的升高而减少的。T与与f两者间的关系曲线两者间的关系曲线称为称为步进电动机运行矩频特性步进电动机运行矩频特性。图9-27运行矩频特性为什么频率增高以后步进电机为什么频率增高以后步进电机的负载能力要下降呢的负载能力要下降呢?原因原因:定子绕组电感的影响。步定子绕组电感的影响。步进电机每相绕组是一个电感线进电机每相绕组是一个电感线圈，圈，具有一定的电感具有一定的电感L，而电而电感有延缓电流变化的特性。感有延缓电流变化的特性。第第1111章章 步进电动机步进电动机 当当控控制制脉脉冲冲要要求求某某一一相相绕绕组组通通电电时时，虽虽然然三三极极管管V1已已经经导导通通，绕绕组组已已加加上上电电压压，但但绕绕组组中中的的电电流流