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第五章 伺服驱动系统;机械工程学院 School of Mechanical Engineering ; § 5-3 步进电动机及其驱动系统;一、步进电动机 1. 步进电动机的分类 按运动方式分：旋转式、直线运动式、平面运动式和滚 切运动式。 按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、永磁 感应子式(混合式)。 按结构分：单段式(径向式)、多段式(轴向式)，印刷绕组式 按相数分：三相、四相、五相、六相和八相等。 按使用频率分：高频步进电动机和低频步进电动机。;2. 步进电动机的控制原理;2. 步进电动机的控制原理 位移量的控制 向步进电动机送一个控制脉冲，其转轴就转过一个角度或移动一个直线位移，称为一步；脉冲数增加，角位移(或线位移)随之增加，即脉冲数决定位移量。 进给速度的控制 脉冲频率高，则步进电动机的旋转速度就高，反之则低???即脉冲频率决定进给速度。 运动方向的控制 改变分配脉冲的相序，实现步进电动机的正、反转，从而改变运动方向。;3. 反应式步进电动机 ;;步进电机工作原理示意; “单三拍”供电方式的步进电动机的工作原理： 第一拍：A相励磁绕组通电，B、C相励磁绕组断电。A相定子磁极的电磁力要使相邻转子齿与其对齐(使磁阻最小)，B相和C相定、转子错齿分别为1/3齿距(3°)和2/3齿距(6°)。 第二拍：B相绕组通电，A、C相绕组断电。电磁反应力矩使转子顺时针方向转动3°，与B相的定子齿对齐，此时A、C相的定、转子齿互相错开。 第三拍：C相绕组通电，A、B相绕组断电。电磁反应力距又使转子顺时针方向转动了3°，与C相定子齿对齐，同时A相、B相定、转子齿错开 重复通电顺序，A B C A ……; 单三拍步进电动机的反转 若定子绕组通电顺序为A C B A ……，则电动机转子就逆时针方向旋转起来，其步距角仍为3°。 ;若定子绕组的通电顺序为 AB BC CA AB ……， 则步进电动机的转子就逆时针方向转动。 ; 若通电顺序为：A AC C BC B AB A ……则步进电动机的转子就逆时针方向运动，步距角仍为1.5°。 三相六拍控制方式比三相三拍控制方式步距角小一半；在切换时，保持一相绕组通电，工作稳定，比双三拍增大了稳定区。所以三相步进电动机常采用这种控制方式。;4. 永磁式步进电动机 工作原理：转子或定子的一方具有永久磁钢，另一方有软磁材料制成，由绕组轮流通电产生的磁场与永久磁钢相互作用，产生转矩是转子转动。 特点：步距角大，内阻较大，效率高 断电后有一定的定位转矩。 5. 混合式步进电动机 （永磁感应子式） 定子结构与反应式基本相同，转子由环形磁钢及两段铁心组成。兼有以上两种的主要优点，是步进电动机的新产品。;二、步进电动机主要性能指标及选择 1.步距角 步进电动机每步的转角称为步距角，计算公式： 式中 m—步进电动机相数 Z—转子齿数 K—控制方式系数， K=拍数p/相数m 厂家对于每种步进电动机给出两种步距角，彼此相差一倍。大步距角系指控制供电拍数与相数相等时的步距角；小步距角系指供电拍数是相数两倍时的步距角。; 步距角的选择： 根据总体方案要求，综合考虑，通过下式进行： 式中 δ—脉冲当量 S—丝杠螺距(mm) θ—步距角 —电动机与丝杠间的齿轮传动减速比;2. 最大静转距 Tjmax (N·m) 静态：当步进电动机不改变通电状态时，转子处在不动状态。 静态转距：如果在电动机轴上外加一个负载转距，使转子 转过一个角度θe，这时转子受的电磁转距T。 矩角特性：描述静态时电磁转距T与θe之间的关系曲线。 在静态稳定区内，当外加转距去除时，转子在电磁转距作用下，仍能回到稳定平衡点位置(θe＝0)。;最大静转距 Tjmax 的选择 负载转矩 F ——切削力（N） w——工作台及