【正文】 444逆時針轉(zhuǎn) 300逆時針轉(zhuǎn) 300逆時針轉(zhuǎn) 300 采用三相雙三拍控制方式 ， 即通電順序按 AB→BC→CA→AB（ 逆時針方向 ） 或 AC→CB→BA→AC （ 順時針方向 ） 進(jìn)行 ，其步距角仍為 300。 由于雙三拍控制每次有二相繞組通電 ，而且切換時總保持一相繞組通電 ， 所以工作比較穩(wěn)定 。 如果按 A→AB→B→BC→C→CA→A 順序通電 ， 即首先 A相通電 ，然后 A相不斷電 ， B相再通電 ， 即 A、 B兩相同時通電 ， 接著A相斷電而 B相保持通電狀態(tài) ， 然后再使 B、 C兩相通電 ， 依次類推 ， 每切換一次 ， 步進(jìn)電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)過 15176。 。 如通電順序改為 A→AC→C→CB→B→BA→A ， 則步進(jìn)電機(jī)以步距角15176。 順時針旋轉(zhuǎn) 。 這種控制方式為三相六拍 ， 它比三相三拍控制方式步距角小一半 ， 因而精度更高 ， 且轉(zhuǎn)換過程中始終保證有一個繞組通電 ， 工作穩(wěn)定 ， 因此這種方式被大量采用 。 實際應(yīng)用的步進(jìn)電機(jī)如圖 65所示 ， 轉(zhuǎn)子鐵心和定子磁極上均有齒距相等的小齒 ， 且齒數(shù)要有一定比例的配合 。 綜上所述，可以得出以下結(jié)論： （ 1）步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，它的轉(zhuǎn)子便轉(zhuǎn)過一個確定的角度，即步進(jìn)電機(jī)的步距角。步進(jìn)電機(jī)受脈沖電流的控制，其轉(zhuǎn)子的角位移和角速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比。改變步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向隨之改變 （ 2）步進(jìn)電機(jī)定子繞組通電狀態(tài)的改變速度越快，其轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的速度越快，即通電狀態(tài)的變化頻率越高，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速越高 （ 3）步進(jìn)電機(jī)的步距角 a與定子繞組的相數(shù) m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù) z、通電方式 k有關(guān) （ 4） 步進(jìn)電機(jī)效率低，拖動負(fù)載能力不大，調(diào)速范圍不大。 二 、 步進(jìn)電機(jī)的主要性能指標(biāo) 1. 步距角和步距誤差 每輸入一個脈沖電信號 ， 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度成為步距 角 。 步距角和步進(jìn)電機(jī)的相數(shù) 、 通電方式及電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)的關(guān)系如下： (61) 式中 — 步進(jìn)電機(jī)的步距角； m— 電機(jī)相數(shù)； Z— 轉(zhuǎn)子齒數(shù)； K— 系數(shù) ， 相鄰兩次通電相數(shù)相同 ， K＝ 1； 相鄰兩次通電相數(shù)不同 ， K＝ 2。 同一相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)可有兩種步距角 ， 通常為 、 、 3/ 。 步距誤差是指步進(jìn)電機(jī)運行時 ， 轉(zhuǎn)子每一步實際轉(zhuǎn)過的角度與理論步距角之差值 。 步距誤差直接影響執(zhí)行部件的定位精度及步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)特性 。 大小由制造精度 、 齒槽的分布及定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻等因素造成 。 KmZ?360＝?? 2. 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與矩角特性 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)上某相定子繞組通電之后 ， 轉(zhuǎn)子齒將力求與定子齒對齊 ， 使磁路中的磁阻最小 ，轉(zhuǎn)子處在平衡位置不動 （ θ ＝ 0） 。 如果在電機(jī)軸上外加一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩 Mz， 轉(zhuǎn)子會偏離平衡位置向負(fù)載轉(zhuǎn)矩方向轉(zhuǎn)過一個角度 θ ， 角度 θ稱為失調(diào)角 。 有失調(diào)角之后 ， 步進(jìn)電機(jī)就產(chǎn)生一個靜態(tài)轉(zhuǎn)矩 （ 也稱為電磁轉(zhuǎn)矩 ） ， 這時靜態(tài)轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩 。 靜態(tài)轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角 θ 的關(guān)系叫矩角特性 ， 如圖 66所示 ， 近似為正弦曲線 。 該矩角特性上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩 。 在靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)內(nèi) ， 當(dāng)外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩除去時 ， 轉(zhuǎn)子在電磁轉(zhuǎn)矩作用下 ， 仍能回到穩(wěn)定平衡點位置 （ θ ＝ 0） 。 圖 66 靜態(tài)矩角特性 ? O M j m a x M 靜態(tài)穩(wěn)定區(qū) π π /2 π /2 π 3. 最大啟動轉(zhuǎn)矩 圖 67為三相單三拍矩角特性曲線 ， 圖中的 A、 B分別是相鄰 A相和 B相的靜態(tài)矩角特性曲線 ， 它們的交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩是步進(jìn)電機(jī)的最大啟動轉(zhuǎn)矩 。 如果外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于 Mmax， 電機(jī)就不能啟動 。 如圖 67所示 ,當(dāng) A相通電時 ， 若外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩 MA， 對應(yīng)的失調(diào)角為 θ ， 當(dāng)勵磁電流由 A相切換到 B相時 ，對應(yīng)角 φ ， B相的靜轉(zhuǎn)矩為 MB 。 從圖中看出 ,電機(jī)不能帶動負(fù)載做步進(jìn)運動 ， 因而 啟動轉(zhuǎn)矩是電機(jī)能帶動負(fù)載轉(zhuǎn)動的極限轉(zhuǎn)矩 。 加減速特性 步進(jìn)電機(jī)的加減速特性是描述步進(jìn)電機(jī)由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中 ， 定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關(guān)系 。 步進(jìn)電機(jī)頻率變化階段其加速時間和減速時間不能過小 ， 否則會出現(xiàn)失步或超步 。 a b A B C 圖 67 步進(jìn)電機(jī)的啟動轉(zhuǎn)矩 Mmax MA MB 5. 最高 啟動頻率 空載時 ， 步進(jìn)電機(jī)由靜止?fàn)顟B(tài)突然起動 ， 并進(jìn)入不失步的正常運行的最高頻率 ， 稱為最高啟動頻率或突跳頻率 ， 加給步進(jìn)電機(jī)的指令脈沖頻率如大于啟動頻率 ， 就不能正常工作 。 步進(jìn)電機(jī)在帶負(fù)載 （ 尤其是慣性負(fù)載 ） 下的啟動頻率比空載要低 。 而且 ， 隨著負(fù)載加大 （ 在允許范圍內(nèi) ） ，啟動頻率會進(jìn)一步降低 。 6. 連續(xù)運行頻率 步進(jìn)電機(jī)起動后 ， 其運行速度能根據(jù)指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率 ， 稱為連續(xù)運行頻率 。 其值遠(yuǎn)大于啟動頻率 ， 它也隨著電機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)和大小而異 ， 與驅(qū)動電源也有很大關(guān)系 。 它是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參數(shù) ， 決定了步進(jìn)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 。 7. 矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩 矩頻特性是描述步進(jìn)電機(jī)連續(xù)穩(wěn)定運行時輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系 （ 見圖 68） ，該 特性上每一個頻率對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩 。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)正常運行時 ， 若輸入脈沖頻率逐漸增加 ， 則電動機(jī)所能帶動負(fù)載轉(zhuǎn)矩將逐漸下降 。 在使用時 ， 一定要考慮動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運行頻率的上升而下降的特點 。 M f 圖 68 矩頻特性 三、步進(jìn)電機(jī)開環(huán)進(jìn)給的傳動計算 直線進(jìn)給系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量為 δ （ mm）步進(jìn)電機(jī)的步距角為 α ，齒輪傳動鏈的傳動比 i，滾珠絲杠的導(dǎo)程為 t（ mm）它們之間關(guān)系為： 為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出一個指令脈沖，工作臺移動的距離， 圓周進(jìn)給系統(tǒng) 設(shè)脈沖當(dāng)量為 蝸桿為 頭，蝸輪為 頭則有 步進(jìn)電機(jī)的進(jìn)給系統(tǒng)，使用齒輪傳動，為了求得必須的脈沖當(dāng)量，而且還有滿足結(jié)構(gòu)要求和增大轉(zhuǎn)矩的作用。 ??ita 003600?KZKZ WZ0210 ??wkzzzza 四 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動線路完成由弱電到強(qiáng)電的轉(zhuǎn)換和放大，也就是將邏輯電平信號變換成電機(jī)繞組所需的具有一定功率的電流脈沖信號。 驅(qū)動控制電路由環(huán)形分配器和功率放大器組成。 環(huán)形分配器是用于控制步進(jìn)電機(jī)的通電方式的， 其作用是將數(shù)控裝置送來的一系列指令脈沖按照一定的順序和分配方式加到功率放大器上，控制各相繞組的通電、斷電 。環(huán)形分配器功能可由硬件或軟件產(chǎn)生，硬件環(huán)形分配器是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)和控制方式設(shè)計的，數(shù)控機(jī)床上常用三相、四相、五相及六相步進(jìn)電機(jī)?，F(xiàn)介紹 三相六拍步進(jìn)電機(jī)環(huán)形分配器的工作原理。 硬件環(huán)形分配器是根據(jù)真值表或邏輯關(guān)系式采用邏輯門電路和觸發(fā)器來實現(xiàn) ， 如圖 69所示 ， 該線路由與非門和 J－ K觸發(fā)器組成 。 指令脈沖加到三個觸發(fā)器的時鐘輸入端 CP， 旋轉(zhuǎn)方向由正 、 反控制端的狀態(tài)決定 。 為三個觸發(fā)器的端輸出 ， 連到 A、 B、 C三相功率放大器 。 若 “ 1” 表示通電 ，“ 0” 表示斷電 ， 對于三相六拍步進(jìn)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn) ，正向控制端狀態(tài)置 “ 1” ， 反向控制端狀態(tài)置 “ 0” 。初始時 ， 在預(yù)置端加上預(yù)置脈沖 ， 將三個觸發(fā)器置為 100狀態(tài) 。 當(dāng)在 CP端送入一個脈沖時 ， 環(huán)形分配器就由 100狀態(tài)變?yōu)?110狀態(tài) ， 隨著指令脈沖的不斷到來 ， 各相通電狀態(tài)不斷變化 ， 按照100→ 110→ 010→ 011→ 001→ 101即A→AB→B→BC→C→CA 次序通電 。 步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時 ，由反向控制信號 “ 1” 狀態(tài)控制 （ 正向控制為“ 0” ） ， 通電次序為 A→CA→C→CB→B→BA→A 。 CBA Q 、 S A相 B相 R C相 R 正 反 置零 CP指令脈沖 圖 69 三相六拍環(huán)形分配器 JA KA JB KB JC KC QA QB QC 軟件環(huán)形分配器實現(xiàn)較為簡單 、 方便 。 計算機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)中 ， 使用軟件實現(xiàn)脈沖分配 ， 常用的是查表法 。 例如對于三相六拍環(huán)形分配器 ， 每當(dāng)接收到一個進(jìn)給脈沖指令 ，環(huán)形分配器軟件根據(jù)表 61所示真值表 ， 按順序及方向控制輸出接口將 A、 B、 C的值輸出即可 。 如果上一個進(jìn)給脈沖到來時 ， 控制輸出接口輸出的 A、 B、 C的值是 100， 則對于下一個正向進(jìn)給脈沖指令 ， 控制輸出接口輸出的值是110， 再下一個正向進(jìn)給脈沖 ， 應(yīng)是 010， 而使步進(jìn)電機(jī)正向地旋轉(zhuǎn)起來 。 表 61三相六拍環(huán)形分配器真值表 序號 A B C 方向 1 1 0 0 2 1 1 0 3 0 1 0 4 0 1 1 5 0 0 1 6 1 0 1 反轉(zhuǎn) 正轉(zhuǎn) 功率放大器的作用是將環(huán)形分配器發(fā)出的電平信號放大至幾安培到幾十安培的電流送至步進(jìn)電機(jī)各繞組 ， 每一相繞組分別有一組功率放大電路 ， 使步進(jìn)電機(jī)有較大的高頻轉(zhuǎn)距和較大的高頻電流 。 以下介紹三種典型的驅(qū)動電路：單電壓簡單驅(qū)動 、