2.5、步进电机 2.5.1、概述 步进电机（又称脉冲电机），将电脉冲信 号转换为相应的角位移或直线位移。属 同步电机。 步进电动机 出轴 (控制电球冲 00 000 00 视制电味种 冲分配器 n 和功教 步进的含义 特点 以数控机床为例，数控机床对步进电机的要 步进的由来：一个脉冲→一个单位角度 求： 改变脉冲的频率，即改变了电机的转速 能迅速起动、宽范围内调速；步距小、不丢 步：输出转矩可直接带动负载 步距角：每输入一个电脉冲，步进电机 转子所转过的相应角位移。 步进电机优点 缺点 分类 ◆脉冲量控制，易实现数字控制 ◆步距固定， ◆控制性能好：开环控制，有闭环 分辨率有限 ◆磁阻式 效果，起动快速 ◆无电刷和换向器 ◆功率不大 ◆永磁式 ◆抗干扰性能好（在负载能力范围 内，不受电压大小、贫载天尔、 ◆不能达到很 ◆永磁感应式 温度变化等影响) 高的转速 ·路粉劈 (一般小于 3000r/min ·是南翠煲禧是 ) 后一 的电流) 1
1 2.5、步进电机 2.5.1、概述 步进电机（又称脉冲电机），将电脉冲信 号转换为相应的角位移或直线位移。属 同步电机。 步进的含义 步进的由来：一个脉冲 → 一个单位角度 改变脉冲的频率，即改变了电机的转速 步距角：每输入一个电脉冲，步进电机 转子所转过的相应角位移。 特点 以数控机床为例，数控机床对步进电机的要 求： 能迅速起动、宽范围内调速；步距小、不丢 步；输出转矩可直接带动负载 步进电机优点 脉冲量控制，易实现数字控制 控制性能好：开环控制，有闭环 效果；起动快速 无电刷和换向器 抗干扰性能好（在负载能力范围 内，不受电压大小、负载大小、 温度变化等影响） 无积累误差（一转内可能会有误 差，但每转一转的积累误差为 零。） 具有自锁能力（磁阻式，保持最 后一拍的控制绕组继续通入恒定 的电流） 步距固定， 分辨率有限 功率不大 不能达到很 高的转速 （一般小于 3000r/min ） 缺点 分类 磁阻式 永磁式 永磁感应式
典型应用 2.5.2、磁阻式（反应式)步进电 机 数控机床、打印机、绘图 机等的相关驱动 数字流量 阀=步进 电机+流 量阀 结构 单段式图例：三相 磁阻式电机 与磁阻式同步电机相仿。不同处： ◆单段式：径向分相式，较典型。 ◆同步电机由多相正弦电流通入多相 ◆多段式：轴向分相式，每一组定子铁心中放置一相环形 绕组，产生旋转磁场 的控制绕组，定子或转子铁心每两相邻段错开1/齿距。 ◆步进电机由通电相控制绕组使该磁 极建立磁场，并按一定顺序给各相通 三相反应式步进地机的站构示喜国 电，形成步进式旋转磁场。 磁通的性质： 尽量把自己收 三段式 缩到最短，使 磁通所经过路 径的磁阻为最 小。 步距角细化 以三相磁阻式电机为例 的结构 转子铁 定子：软磁矽钢片叠 成的定子铁心、 、（每相两 . 极) 定子 均 布 的小齿， 齿宽和齿 C6) 瞪之 般为 0.32-0.38。 4相通电→转子齿13轴线对齐→B相通电→转子齿24 转子：软磁材料的铁 轴线与之对齐（转子逆时针转过30°）→C相通电 绕组 转子齿13轴线与之对齐（转子逆时针转过30°）一A B-C-A... 布的小齿。 若电机通电顺序改变(A-C-B-A.),转子旋向改变。 2
2 典型应用 数控机床、打印机、绘图 机等的相关驱动 数字流量 阀=步进 电机+流 量阀 2.5.2、磁阻式（反应式）步进电 机 结构 单段式：径向分相式，较典型。 多段式：轴向分相式，每一组定子铁心中放置一相环形 的控制绕组，定子或转子铁心每两相邻段错开1/m齿距。 三段式 单段式图例：三相 磁阻式电机 三相反应式步进电机的结构示意图 A' A 1 4 2 3 与磁阻式同步电机相仿。不同处： 同步电机由多相正弦电流通入多相 绕组，产生旋转磁场 步进电机由通电相控制绕组使该磁 极建立磁场，并按一定顺序给各相通 电，形成步进式旋转磁场。 磁通的性质： 尽量把自己收 缩到最短，使 磁通所经过路 径的磁阻为最 小。 步距角细化 的结构 定子：软磁矽钢片叠 成的定子铁心、绕 组（每相两个磁 极）、定子磁极的 内圆弧上开有均布 的小齿，齿宽和齿 隙之比一般为 0.32~0.38。 转子：软磁材料的铁 心，无绕组。转子 外圆周上也开有均 布的小齿。 以三相磁阻式电机为例 A相通电 → 转子齿13轴线对齐 → B相通电 → 转子齿24 轴线与之对齐（转子逆时针转过30°）→ C相通电 → 转子齿13轴线与之对齐（转子逆时针转过30°）→ AB-C-A… 若电机通电顺序改变（A-C-B-A…），转子旋向改变
“相”和“拍”的概念 例： “相”：绕组 “拍”：定子控制绕组每改变一次通电方式，为 三相单三拍：“单”，指每次只有一相控制绕组 一拍。 通电：“三拍”，指经过三次切换控制绕组的 相和拍的关系：拍数等于相数：或拍数等于 通电状态为一个循环。 相数的二倍。 三相六拍：A-AB-B-BC-C-CA-A- 三相双三拍（双：每次通电时有两相通电） 两相同时通电工作方式 几种“角”的概念 0° 30 -30° ◆齿距角：转子相邻两齿中心线的夹角 ◆步距角：每一脉冲下转子转过的相应角度 ◆极距角：每个N极或S极下的角度 注意：上述角之间的大小关系？ 特点：换接通电状 通电顺序：AB-BC-CA-AB 态时，总有一相绕 组始终通电 反转：通电顺序： 效果：运行可靠， 减小失步、振荡、 AB-CA-BC-AB 运行不稳 齿距角 步距角 360° 6,= Z. 设N为拍数，则有 式中，Z为转子齿数。为实现自动错位，该 控制脉冲频率f=每相脉冲电压频率f相×N 齿数有下式要求： 步距角： 或： Z,=2pkK±2 名=K士是 层片罗 2p 71 式中，K为正整数，m、p分别为阳数和极对 其中，日，为齿距角 数，m=p。 极距角 每极下的转子齿数为非整数 0。=360°/2m) 3
3 “相”和“拍”的概念 “相”：绕组 “拍”：定子控制绕组每改变一次通电方式，为 一拍。 相和拍的关系：拍数等于相数；或拍数等于 相数的二倍。 例： 三相单三拍：“单”，指每次只有一相控制绕组 通电；“三拍”，指经过三次切换控制绕组的 通电状态为一个循环。 三相六拍：A – AB – B – BC – C – CA – A – ··· 三相双三拍（双：每次通电时有两相通电） 通电顺序：AB – BC – CA – AB 反转：通电顺序： AB –CA –BC – AB A A' B C C' 1 2 3 4 B' A' B' C B C' 3 4 1 2 A 0° 30° A' B' C B C' 3 4 1 2 A －30° 两相同时通电工作方式 特点：换接通电状 态时，总有一相绕 组始终通电 效果：运行可靠， 减小失步、振荡、 运行不稳 几种“角”的概念 齿距角：转子相邻两齿中心线的夹角 步距角：每一脉冲下转子转过的相应角度 极距角：每个N极或S极下的角度 注意：上述角之间的大小关系？ 齿距角 式中，Zr 为转子齿数。为实现自动错位，该 齿数有下式要求： 或： 式中，K为正整数，m、p分别为相数和极对 数，m＝p。 r t Z ° = 360 θ Zr = 2 pK ± 2 m K p Zr 1 2 = ± 每极下的转子齿数为非整数 步距角 设N为拍数，则有 控制脉冲频率f = 每相脉冲电压频率f 相×N 步距角： 其中，θt 为齿距角 r t b N N Z ° = = ⋅ θ 1 360 θ 极距角 360 /(2 ) θ p = ° m
分析 算例 每个极距角下的转子齿数不为整数。 设转子齿数为50，四相8极，极距角为 360°8=45°，该角度范围内的转子齿 若为整数，会怎样？ 数为非整数。意味着什么？ 一无错位，即使有定子步进磁场，转子也 A相磁极与转子齿轴线对齐，则B相将无法 将不会旋转 与转子齿轴线对齐，错开1/4齿距角，即 A-B-C-D-A..→每换接一次通电，转子顺 时针转1/4齿距角： 步距角=360°×-180 504 转子的转速 问题： n=8/0(秒) 转/分) 60f ◆同一个步进电机，可能有两种步距角 360° 吗？ ◆为提高旋转角度的分辨率，可采取什么 措施？ ◆为提高旋转速度，可采取什么措施？ 2.5.3、磁阻式步进电机的特性 一、静特性(1) 失调角：电机转子偏离稳定平衡位置的角 度。 静转矩：步进电机转子静止且控制绕组通以 直流电时，由于失调角存在而引起的转 矩 4
4 分析 每个极距角下的转子齿数不为整数。 若为整数，会怎样？ ——无错位，即使有定子步进磁场，转子也 将不会旋转 算例 设转子齿数为50，四相8极，极距角为 360°/8=45°，该角度范围内的转子齿 数为非整数。意味着什么？ A相磁极与转子齿轴线对齐，则B相将无法 与转子齿轴线对齐，错开1/4齿距角，即 A-B-C-D-A… → 每换接一次通电，转子顺 时针转1/4齿距角: 360 1 1.8 50 4 ° 步距角 ＝ = × ° 转子的转速 60 60 (/) 360 b r f n f Z N = = θ D （秒） 转 分 问题： 同一个步进电机，可能有两种步距角 吗？ 为提高旋转角度的分辨率，可采取什么 措施？ 为提高旋转速度，可采取什么措施？ 2.5.3、磁阻式步进电机的特性 一、静特性 （1） 失调角：电机转子偏离稳定平衡位置的角 度。 静转矩：步进电机转子静止且控制绕组通以 直流电时，由于失调角存在而引起的转 矩
静特性(2) 矩角特性：，静转矩与失 失调角 二、动特性 调角的关系为矩角特 性 1、传递函数 T=-Z,Z,I(NI)sin0 1 式中，Z定子每磁极下 最大普柜 逆时针方向错 T 的小齿数：日为失调 开1/4曲距 角：为铁心长度：N 式中， 为每极控制绕组的匝 逆时针方 T.Z, B 数。 0.= 1/2地距 元/ 5=2T2 留意：负号的含义？ Tm为最大静转矩，Z为转子数， B为阻尼系 数 当日=0时，转子齿轴线和定子齿 轴线重合，定、转子齿之间的吸 初始平物散量 力在圈周方向为0，故电机转矩为0 岁进电机的矩角物性 步进特征的运行 共振问题 当输入信号中的谐波分量等于或接近固有 频率时，可能引起较强烈的振荡，即步 进电机的低频共振。 解决方法： ◆使输入信号频率远低于固有频率 ◆增大阻尼比 2、起动特性 起动矩频特性 步进电机在负载转动惯量及其它条件不变 起动频率：步进电机能无失步起动和停转的 的情况下，起动频率与负载转矩的关 最高频率 系。 运行频率：步进电机在负载条件下能无失步 起动惯频特性：步进电机在负载转矩及其 运行的最高控制频率（通常远高于起动频 它条件不变的情况下，起动频率与负载 率) 转动1f起 Tr J 5
5 静特性 （2） 矩角特性：静转矩与失 调角的关系为矩角特 性。 式中，Zs定子每磁极下 的小齿数； 为失调 角；l为铁心长度；N 为每极控制绕组的匝 数。 留意：负号的含义？ s r NI e T Z Z l( ) λ1 sinθ 2 = − θ e 失调角 当θe=0时， 转子齿轴线和定子齿 轴线重合， 定、 转子齿之间的吸 力在圆周方向为0， 故电机转矩为0 Tsmax 2 π 2 −π T 0 θ e –π π 步进电动机的矩角特性 最大静转矩 初始平衡位置 顺时针方向错 开1/2齿距 顺时针方向错 开1/4齿距 逆时针方 向错开 1/2齿距 逆时针方向错 开1/4齿距 二、动特性 1、传递函数 式中， ， Tm为最大静转矩，Zr 为转子齿数，B为阻尼系 数 1 2 1 ( ) ( ) 2 2 + + = s s s s n n i ω ξ ω θ θ J Tm Zr ω n = T Z J B m r 2 ξ = 步进特征的运行 共振问题 当输入信号中的谐波分量等于或接近固有 频率时，可能引起较强烈的振荡，即步 进电机的低频共振。 解决方法： 使输入信号频率远低于固有频率 增大阻尼比 2、起动特性 起动频率：步进电机能无失步起动和停转的 最高频率 运行频率：步进电机在负载条件下能无失步 运行的最高控制频率（通常远高于起动频 率） 起动矩频特性 步进电机在负载转动惯量及其它条件不变 的情况下，起动频率与负载转矩的关 系。 起动惯频特性：步进电机在负载转矩及其 它条件不变的情况下，起动频率与负载 转动惯量的关系
频率增高以后，步 进电机负载能力下 运行矩频特性：运行频率f5最大输出转矩Tm 降的原因 的关系。 定子绕组存在电感，频率高 时其阻止电流变化的特性 趋于明显。 到某一频率以后，步进电机 已带不动任何负载，只要 受到很小的扰动，就会振 荡、失步以至停转。 WW 2.5.4、其它步进电机 结构形式 永磁式步进电机 定子：两相或多相 绕组 定了 转子：一对或多对 极的星型永磁体 (转子永磁体极 数与定子每相控 制绕组的极数对 应相等。 工作状态 特点 ◆步距角较大（如45°，不适于小步距用 电源须提供正负脉冲或在同一相的极上绕二 途)； 套绕向相反的绕组。 ◆运行功耗小（转子为永磁）： 步距角为 360° 0。= ◆绕组断电时具有一定的定位转矩 2mp 其中，m为相数：p为转子极对数。 例：对于上图步进电机，其m=2,p=2,则 0。=45° 6
6 运行矩频特性：运行频率f与最大输出转矩Tdm 的关系。 频率增高以后，步 进电机负载能力下 降的原因 定子绕组存在电感，频率高 时其阻止电流变化的特性 趋于明显。 到某一频率以后， 步进电机 已带不动任何负载， 只要 受到很小的扰动， 就会振 荡、 失步以至停转。 2.5.4、其它步进电机 永磁式步进电机 结构形式 定子：两相或多相 绕组 转子：一对或多对 极的星型永磁体 （转子永磁体极 数与定子每相控 制绕组的极数对 应相等。 工作状态 电源须提供正负脉冲或在同一相的极上绕二 套绕向相反的绕组。 步距角为 其中，m为相数；p为转子极对数。 例：对于上图步进电机，其m=2，p=2，则 mp b 2 360° θ = = 45° θ b 特点 步距角较大（如45°，不适于小步距用 途）； 运行功耗小（转子为永磁）； 绕组断电时具有一定的定位转矩
永磁感应式步进电机 2.5.5、步进电机的驱动电路 在永磁和变磁阻原理共同作用下运转，不展 开讨论。 步进电机与驱动电源是一个不可 分开的有机整体，步进电机系统 的性能除了与电机本身的性能有 关外，在很大程度上取决于所使 用的驱动电源的类型与优劣。 步进电机驱动电路的功能 驱动电路功能方块图 功率放大解 步进账冲 A 功放电略 神分配 功放大的作 B 功放电略 三相步进 负能 用：对各相酥 冲信号进行功 方南电平 功放电路 平近大，使之 直流电源 机 分配最 功率电澜 毫安 一相绕组都要 用一个单独的 功放电路为其 振荡 分配 功率 步进电 脉冲分配的作用：接收时钟陈冲信号和方向屯 平，将单路脉冲转换为多相循环变化的脉冲。 供电。 源 器 驱动 机 方南电平=of几几几几几 r 方向电平1 A■□ A■■ B几 B- 步进电机对驱动电路的要求(1) 步进电机对驱动电路的要求(2) (1)在通电周期内能提供足够大的矩形波或接近 (2)驱动电路效率高、功耗小。 矩形波的电流。 所串联的电阻能使时间常数减小，但增加热损 步进电机对电源而言是一感性负载。负载存在 耗，因此，应考虑驱动电路既能保证步进电机 电感时，有反电势产生，电流不可能突然建立或 有良好的性能，又要损耗小。 消失。当通电时，电流按指数规律上升，即 0-e%) (3)驱动电路运行可靠、稳定，便于维修。 i=. 地机组 R+r 功率电机的电感尤其大，在断电瞬间，电机绕组 两端会产生很高的反向感应电势（有时高达数百 其中，电路时间常数 L T= 伏)，若元件不可靠，容易击穿。 R+r 衰减时，也如此逐渐过渡。 7
7 永磁感应式步进电机 在永磁和变磁阻原理共同作用下运转，不展 开讨论。 2.5.5、步进电机的驱动电路 步进电机与驱动电源是一个不可 分开的有机整体，步进电机系统 的性能除了与电机本身的性能有 关外，在很大程度上取决于所使 用的驱动电源的类型与优劣。 驱动电路功能方块图 步进电机驱动电路的功能 毫安 → 安 f A B C 脉 冲 分 配 器 功放电路 三 相 步 进 电 机 负载 功率电源 分配器 电源 功放电路 功放电路 功率放大器 步进脉冲 方向电平 f A B C A B C 方向电平＝0 f 方向电平＝1 脉冲分配的作用：接收时钟脉冲信号和方向电 平，将单路脉冲转换为多相循环变化的脉冲。 功率放大的作 用：对各相脉 冲信号进行功 率放大，使之 有足够能力驱 动步进电机。 步进电机的每 一相绕组都要 用一个单独的 功放电路为其 供电。 步进电机对驱动电路的要求（1） 步进电机对电源而言是一感性负载。负载存在 电感时，有反电势产生，电流不可能突然建立或 消失。当通电时，电流按指数规律上升，即 (1 ) τ t e R r U i − − + = R r L + τ = （1）在通电周期内能提供足够大的矩形波或接近 矩形波的电流。 衰减时，也如此逐渐过渡。 其中，电路时间常数 步进电机对驱动电路的要求（2） （2）驱动电路效率高、功耗小。 所串联的电阻能使时间常数减小，但增加热损 耗，因此，应考虑驱动电路既能保证步进电机 有良好的性能，又要损耗小。 （3）驱动电路运行可靠、稳定，便于维修。 功率电机的电感尤其大，在断电瞬间，电机绕组 两端会产生很高的反向感应电势（有时高达数百 伏），若元件不可靠，容易击穿
提高驱动电路性能的途径 环形分配器 (1)增加主回路电阻，提高驱动电路的电压，改 善电流波形。 功能：接收时钟脉冲信号和方向电平，并按 (2)采用高低压供电方式，提高电流上升的前沿 照步进电机的分配方式（状态转换表要求 陡度，减少静态功耗。 的状态顺序产生各相控制绕组导通或截止 的信号。每来一个时钟脉冲，环形分配器 设高低电压的电流上升曲线表达式分别为 的输出转换一次。 0-%4-0-% R+r 对上面两式分别求导，有 血画->1 did U 环形分配器实现的几种方式 例 真值表 ◆用现有的集成环形脉冲分配器 ◆使用EPROM存贮器设计环形分配器 三相六拍 输入脉冲 触发器状态 ◆采用数字电路元件（门电路和触发器） 正向： QA QB Qc 自行组装。 A-AB-B-BC-C- 0 100 7 110 011 F CA-A: 2 010 反向：AB-A 011 三相六始这影 AC-C-CB-B- 001 分配器CH250 AB 引脚图 EN CP U s 101 6 100 用数字电路完成真值表的关系 功率放大回路(1) =280)2=2a)2a=2A-D 单一电压型集成功放电 +0 电机组 ◆A 本B 特征点：单一电压：R1 大时较小时响应要快 CP 来自 1-e%) 推动级 1= Rn+r 用三个D触发器构 选用D触发器，其真值表为 成数字电路（实线 D Qn 为正向，虚线为反 0 t=L/r→t=L/(R+r) 向) 1 8
8 提高驱动电路性能的途径 对上面两式分别求导，有 (1 ) τ t h h e R r U i − − + = (1 ) τ t l l e R r U i − − + = = >1 L h l h U U dt di dt di （1）增加主回路电阻，提高驱动电路的电压，改 善电流波形。 （2）采用高低压供电方式，提高电流上升的前沿 陡度，减少静态功耗。 设高低电压的电流上升曲线表达式分别为 环形分配器 功能：接收时钟脉冲信号和方向电平，并按 照步进电机的分配方式（状态转换表要求 的状态顺序产生各相控制绕组导通或截止 的信号。每来一个时钟脉冲，环形分配器 的输出转换一次。 环形分配器实现的几种方式 用现有的集成环形脉冲分配器 使用EPROM存贮器设计环形分配器 采用数字电路元件（门电路和触发器） 自行组装。 三相六拍环形 分配器CH250 引脚图 例 三相六拍 正向： A-AB-B-BC-CCA-A； 反向： AB-AAC-C-CB-BAB 真值表 用数字电路完成真值表的关系 选用D触发器，其真值表为 Dn Qn+1 0 0 1 1 用三个D触发器构 成数字电路（实线 为正向，虚线为反 向） 功率放大回路 （1） 单一电压型集成功放电 路 特征点：单一电压；Rf1 大时较小时响应要快 τ＝L/r → τ＝L/(Rf1+r) 1 (1 ) t L f U i e R r τ − = − + t i τ
功率放大回 功率放大回路(3) 路(2) 斩波恒流功放电路 高低压切换型功放 a可 目的：使绕组电流保持在额定值附近。 电路 高频时，快速上升 电流和快速放 电。但低频时有 电流的较大上冲 值（导致振动噪 声) 原理电路 各点的波形 比较器功能： 当3端>4端，5输 特点：☐ 出端为1 ◆绕组电流响 环形分配器为1时： 应无超调， T始终通： 环分起巴 少振荡： T:作通和不通两者切 ◆绕组通电的 换 部分时段， 电源可不提 环形分配器↑→7五通→绕组通→“2↑一比较器不通一1C1不通一+T:不通 0000000 供能源，因 而效率高。 4 “a=0→比较器通一1C1通→TH通 COG80A803 ◆线路相对复 绕组1放电→出2↓→比较器通→1C1通→绕组通→ 功率放大回路 功率放大回路(5) (4) 升频升压功放电路 细分功放回路 ◆当步进电机处于高频运行状态时，采用高电压供 绕组电路的电流分档(>2)，而不是非通即止 电，以加快电流上升，使电流有较陡的前沿，产生 两种状态 足够的绕组电流，提高步进电机高频工作状态的输 日的：使步距角减小（如：半步或1/4步）。 出力矩： ◆当步进电机处于低频运行时用低电压供电，使绕组 电流上升的前沿平缓，减小电机的转矩，使转子在 到达新的平衡位置后不产生太大的超调，从而减小 低频振荡。 原理：功放电路加到绕组的电压与脉冲的频率成线性 关系。 9
9 功率放大回 路 （2） 高低压切换型功放 电路 高频时，快速上升 电流和快速放 电。但低频时有 电流的较大上冲 值（导致振动噪 声） 功率放大回路 （3） 斩波恒流功放电路 目的：使绕组电流保持在额定值附近。 原理电路 比较器 功能： 当3端>4端，5输 出端为1 环形分配器为1时： TL始终通； TH作通和不通两者切 换 各点的波形 绕组电流响 应无超调， 少振荡； 绕组通电的 部分时段， 电源可不提 供能源，因 而效率高。 线路相对复 杂 特点： 功率放大回路 （4） 升频升压功放电路 当步进电机处于高频运行状态时，采用高电压供 电，以加快电流上升，使电流有较陡的前沿，产生 足够的绕组电流，提高步进电机高频工作状态的输 出力矩； 当步进电机处于低频运行时用低电压供电，使绕组 电流上升的前沿平缓，减小电机的转矩，使转子在 到达新的平衡位置后不产生太大的超调，从而减小 低频振荡。 原理：功放电路加到绕组的电压与脉冲的频率成线性 关系。 功率放大回路 （5） 细分功放回路 绕组电路的电流分档（>2），而不是非通即止 两种状态。 目的：使步距角减小（如：半步或1/4步）
2.5.5、步进电机参数与选用 主要参数 ◆最大静转矩：每相绕组通上额定电流时，矩角特性 上的转矩最大值。通常，负载转矩和最大转矩的比 值取为0.3~0.5。以0.5kgm为界，可分出伺服步进电 机和功率步进电机。 ◆步距角：每输入一个脉冲信号，转子转过的角度。 ◆起动频率：步进电机不失步起动时的最高脉冲频率 ◆运行频率：控制脉冲频率上升时能不失步的最高频 率 ◆额定电流：每相绕组容许通过的电流。电机运行 时，每相绕组通的是脉冲电流，电流表指示的是脉 冲电流平均值（一般比额定电流低） ◆额定电压：驱动电源应供给的电压，一般不等于加 在绕组两端的电压。 电机的选择(1) 电机的选择(2) 种类： 0磁阻式（步距角小，起动和运行频率高），如应 相数 用于数控等 相数大，步距角小，起动和运行频率高， 。永磁式（功耗小，步距角大），如应用于自动化 但电源复杂，元器件增多，成本高 仪表 对要求不高的场合，可选用相数少、驱动 0混合式 电源线路简单的电机。 水磁式 磁阻式 混合式 最大静转矩 步距角 7.515 075°-15 电磁转炬 小 中一大 计算出电机轴上的负载转矩T,取最大静转 稳定时间 短一中 长 矩约为Tm>T0.30.5) 成本 低 中 电机的选择(3) 步进电机和直流电机应用比较 (1) 分辨率和精度 根据系统的角位置精度要求，选择合 项目 步进电机（开环 直流电机（闭环） 适步距角的电机 对应单位角即步距角，固定不变，有 通过编码盘、DA转换器、 度信号的电 电机的相数。转子齿数和 控制电路等确定 最大运行频率 机转角 分配方式决定 根据系统的最大转速要求，验算所 最高转速 步距角为18”时，可达 6000:/min 需最高运行频率 3000r/min 往复起动停 与负数惯量、摩擦转矩成 与负载惯量、摩擦转矩成 止速度 反比。发生共振时转矩下 反比。系统共振时，增益 稀，运行不秘定 受到限制 式中：n为所要求 单步脉冲响易产生振荡，有时需采取 控制外电路的时间常数， 的电机轴转速， 应 措施防止（如采用外阻尼） 可接近临界制动状态 0,为步距角。 10
10 2.5.5、步进电机参数与选用 主要参数 最大静转矩：每相绕组通上额定电流时，矩角特性 上的转矩最大值。通常，负载转矩和最大转矩的比 值取为0.3~0.5。以0.5kgm为界，可分出伺服步进电 机和功率步进电机。 步距角：每输入一个脉冲信号，转子转过的角度。 起动频率：步进电机不失步起动时的最高脉冲频率 运行频率：控制脉冲频率上升时能不失步的最高频 率 额定电流：每相绕组容许通过的电流。电机运行 时，每相绕组通的是脉冲电流，电流表指示的是脉 冲电流平均值（一般比额定电流低） 额定电压：驱动电源应供给的电压，一般不等于加 在绕组两端的电压。 电机的选择 （1） 种类： o 磁阻式（步距角小，起动和运行频率高），如应 用于数控等 o 永磁式（功耗小，步距角大），如应用于自动化 仪表 o 混合式 电机的选择 （2） 相数 相数大，步距角小，起动和运行频率高， 但电源复杂，元器件增多，成本高 对要求不高的场合，可选用相数少、驱动 电源线路简单的电机。 最大静转矩 计算出电机轴上的负载转矩TL，取最大静转 矩约为Tm >TL /(0.3~0.5) 电机的选择 （3） b n f θ 6 = 分辨率和精度 根据系统的角位置精度要求，选择合 适步距角的电机 最大运行频率 根据系统的最大转速要求，验算所 需最高运行频率 式中：n为所要求 的电机轴转速， θb为步距角。 步进电机和直流电机应用比较 （1）
