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步进电动机及其驱动专讲 一、 步进电动机工作原理 相数：独立绕组数除。三、四、五、六等相数。同相的两个绕组可以串联，也可以并联 磁极数：2倍相数 齿距角?r：转子相邻两齿轴线之间的夹角 四齿：900 步距角?s：输入一个脉冲时转子转过的角度 实际的步进电机 步距角30°太大，必须减小： 增加相数，即增加拍数 （相数越多，驱动电源就越复杂，常用的相数m为2、3、4、5、6，不能再增加） 增加转子的齿数（常用） 二、步进电动机驱动电路 （一）单电压功率放大电路 图8-8　绕组电流I L的波形 a）Ui频率低时　b）Ui频率高时 改进方法 同时增大外接电阻RC和电源电压Ec，可使步进电机转速高时的输出转矩显著提高，但同时使功耗急剧增大 功耗的增加一方面降低了效率，使电源体积庞大；另一方面引起电气部件发热，增大系统故障的发生率。为此，发展了双电压、斩波稳流等驱动电路 （二）斩波稳流式功率放大电路 图8-9　斩波稳流式功率放大电路 经D触发器引入Up信号的主要目的是给定超声斩波频率，以避免单纯由R6上的电压波动来控制V1通断引入的不规则噪声。 选用步进电动机时要根据在系统中的实际工作情综台考虑步距角、转矩、频率以及精度是否能满足系统的要求。 实验室步进电机及驱动器图片 索驱动机器人 选做设计/实践题 实验室可以实现 单片机+8050三极管电机驱动电路 单片机+ L297+L298电机驱动路 单片机+集成驱动器电机驱动电路 步进电机的细分驱动技术研究 明晚实验：步进电机及其驱动 演示性实验 实验报告偏向于理论分析，内容就是步进电机驱动 自行设计者（可两人合作完成）加分、实验考核为优。 上海固若金的产品 欢迎有兴趣同学随时加入实验室 * * 励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，依靠电磁转矩工作。反应式步进电机的转子上没有励磁线圈，依靠变化的的磁阻生成磁阻转矩工作。反应式步进电机最广泛，它有两相、三相、多相之分。 种类：励磁式和反应式两种。 步进电动机简称步进电机，可在开环条件下十分方便地将数字系统的脉冲数转变成与其相对应的角位移或线位移，因而是控制系统中常用的自动化执行元件。 按工作方式分： 功率式 转矩大 伺服式 转矩小 按工作原理分： 反应式(磁阻式 ) 永磁式 永磁感应式 步进电机相关定义与术语 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的 结构和工作原理。 三相反应式步进电动机的原理结构图如下： A B C IA IB IC 定子内圆周 均匀分布着六个 磁极，磁极上有 励磁绕组，每两 个相对的绕组组 成一相。采用Y连接，转子有四个齿。 定子 转子 1.工作原理 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。 现以A B C A的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。 B C IA IB IC 1.三相单三拍 C A B B C A 3 4 1 2 A相绕组通电，B、C相 不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。 “三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。 C A B B C A 3 4 1 2 同理，B相通电时，转子会转过30?角，2、4 齿和B、B′ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30?角，1、3齿和C′、C磁极轴线对齐。 1 C 3 4 2 C A B B A 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。 按A?B ?C ?A ? ……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。 2. 三相六拍 按A?AB ?B ?BC ?C ? CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。 C A B B C A 3 4 1 2 C A B B C A 3 4 1 2 A相通电，转子1、 3齿与A、A 对齐。 A、B相同时通电， A、A 磁极拉住1、3齿，B、B 磁极拉住2、4齿，转子转过15?，到达左图所示位置。 C A B B C A 3 4 1 2