3.2步进电动机的运行特性与使用（精).ppt

1．步进电动机的基本特点（反应式步进电动机） 角度控制：每输入一个脉冲，定子绕组换接一次，输出轴就转 过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移与输 入脉冲数成正比。 速度控制：各相绕组不断地轮流通电，步进电动机就连续转 动。反应式步进电动转速只取决于脉冲频率f、转子齿数z和拍 数，而与电压、负载、温度等因素无关。当步进电机的通电方 式选定后，其转速只与输入脉冲频率成正比，改变脉冲频率就 可以改变转速，可进行无级调速，调速范围很宽。 3.4.1 步进电动机的运行特性 2：矩角特性 矩角特性又称静态特性，指绕组中电流恒定，使转子处在各个不同位置且固定不动时电磁转矩随偏转角的变化关系。 定子一相绕组通以直流电后，如果转子上没有负载转矩的作用，转子齿和通电相磁极上的小齿对齐，这个位置称为步进电动机的初始平衡位置。如图所示： 空间角和电角度的关系 若用外力（静负载转矩不为零）使转子错开初始平衡位置一个角度。转子齿偏离初始平衡位置的角度就叫转子偏转角(空间角)，若用电角度θe表示，则由于定子每相绕组通电循环一周(电角度)，对应转子在空间转过一个齿距(空间角度)，故电角度是空间角度的 Z 倍. 矩角特性曲线 从图看出，达到 ±π/2 时，即在定子齿与转子齿顺时针或反时针错开1/4个齿距时， 转矩T沿对应方向达到最大值，称为最大静转矩Tsmax ，负载转矩必须小于最大静转矩，否则，根本带不动负载。为了能稳定运行，负载转矩一般只能是最大静转矩的 30%~50%左右。因此，这一特性反映了步进电动机带负载的能力。 3:单步运行特性 单步运行：加一个控制脉冲改变一次通电状态，这个工作状态称为单步运行。 运行区域：包括静稳定区和动稳定区（见P102 图3.18） 单步运行特性：转子空间转角随时间做减幅振荡衰减运动（见P103 图3.19） 4：连续脉冲运行特性 （1）极低频条件下运行 Ttb 控制脉冲周期T大于转子单步运行振荡衰减时间tb，当第二个脉冲到来之前，第一个脉冲使得转子运行已经结束。电机处于欠阻尼状态，产生振荡，不会失步和越步。见图3.20 （2）低频条件下运行1/tbf4f0 转子的运行特点：第一个脉冲使转子产生的振荡还没衰减完，第二个脉冲已经到来，转子的位置与脉冲的频率有关，该位置是第二个脉冲的初始位置。 转子的失步运行：见图3.21 失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。　　 步进电动机正常工作时，每接收一个控制脉冲就移动一个步距角，即前进一步。若连续地输入控制脉冲，电动机就相应地连续转动。步进电动机失步包括丢步和越步。 丢步时，转子前进的步数小于脉冲数；越步时，转子前进的步数多于脉冲数。一次丢步和越步的步距数等于运行拍数的整数倍。丢步严重时，将使转子停留在一个位置上或围绕一个位置振动。 失步原因及解决方法 1．转子的加速度慢于步进电动机的旋转磁场，即低于换相速度时，步进电动机会产生失步。这是因为输入电动机的电能不足，在步进电动机中产生的同步力矩无法使转子速度跟随定子磁场的旋转速度，从而引起失步。由于步进电动机的动态输出转矩随着连续运行频率的上升而降低，因而，凡是比该频率高的工作频率都将产生丢步。这种失步说明步进电动机的转矩不足，拖动能力不够。 解决方法： ①使步进电动机本身产生的电磁转矩增大。为此可在额定电流范围内适当加大驱动电流；在高频范围转矩不足时，可适当提高驱动电路的驱动电压；改用转矩大的步进电动机等。 ②使步进电动机需要克服的转矩减小。为此可适当降低电动机运行频率，以便提高电动机的输出转矩；设定较长的加速时间，以便转子获得足够的能量。 2．转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度，这时定子通电励磁的时间较长，大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，使得步进电动机产生的输出转矩增大，从而使电动机越步。当用步进电动机驱动那些使负载上、下动作的机构时，更易产生越步现象，这是因为负载向下运动时，电动机所需的转矩减小。 解决方法：减小步进电动机的驱动电流，以便降低步进电动机的输出转矩。 3．步进电动机及所带负载存在惯性由于步进电动机自身及所带负载存在惯性，使得电动机在工作过程中不能立即起动和停止，而是在起动时出现丢步，在停止时发生越步。 解决方法：通过一个加速和减速过程，即以较低的速度起动，而后逐渐加速到某一速度运行，再逐渐减速直至停止。进行合理、平滑的加减速控制是保证步进驱动系统可靠、高效、精确运行的关键。 4．步进电动机产生共振共振也是引起失步的一个原因。步进电动机处于连续运行状态时，如果控制脉冲的频率等于步进电动机的固有频率，将产生共振。在一个控制脉冲周期内，振动得不到充分衰减，下一个脉冲就来到，因而在共振频率附近动态误差最大并会导致步进电动机失步。 解决方法：