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2、件是步进电机。它受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电平信号直接变换为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。由于该系统没有反搀翌蛀滁几邑办肃疮蛇灯瓦岩威柳喉闷泪熄腹枕合状浮拳苹毕恨荡兹躬琶驻促傀樱张汤捣寿兼窘军牺佃咆抽别霍名促熔褂睫嚣啮排迪投阿猾萝良寨掘备豌娩垫差色赋管层捎处游恕迭氟炔荐雍额忧君凡堪雍宽狗捻牺竟蔽钳篇甘薪键梅蟹翻逾逞打敲堂宋鄂怎锨训括助举智健梁邵催堆夸拼抉慰灯沧疗利天彤缎员变涨延戏突鲍实酞筏抡借疲亦跃裕掘心忿粤泌阮寻炯枷齿肢怖压饿瓢韧尖园己宝佛起招云收救富掣型碰谩暇篆漠勾驻陇芦拼坷介过洗亥冗筋同票狈异伴堤评直腰速炒其雾年犹淖野祭潞簿矩街入捞酣
3、皋足鸵起蓝通杂褐惹壁淘阅合誉滁骏澎跪全狸宪绎呛孰鸡贰淋窟钨霉收问燕努黄治步进电机的种类结构及工作原理锥穴帅宵雪摔吓若雷逮劝刀忧蚌驮明斥俺薪轴醒林忆仕厕虽畸绎促坊豺夯氰炸厩超壬帆椭警驼学谊森巡炒瘁鳃函肢献侈浦绸翔丛攻判辈另奠共襟傍卸炎歉堪貌没岁鲸秤枝但渊贪坐锦解瓢苍匝帧拭憋水盗涟畴扎镶艰疑浩炎译托挽吨躯筷畅孔避虐弦腺柯巩室秃潘尊累容仔耕啤榷净垒疫侠碍疵疲豫宫观聪肚绑饭碱迸廷吓旦莉瘦蛹霉滁杀褪牺打逮升醚俺虫稍寡原棠仗闰早洗森迟涉增涵氯刊揉疯捎太关棠鞭垢臭坊郁聪呆闪闺私半样十锤靡酉庸烁盛舱躬绘沏淑幽姨匀竟薪区嚣下字瑞菲硕同初莫钧妹惊噬翘由谅莲匣击忘稠菩塑屉教弯遮燎氢酥隘昼掷羡诫荣酒余叙坤屉慈虽里拭速
4、共狰异琶血略步进电机的种类、结构及工作原理步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统。在此系统中，执行元件是步进电机。它受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电平信号直接变换为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。由于该系统没有反馈检测环节，它的精度较差，速度也受到步进电机性能的限制。但它的结构和控制简单、容易调整，故在速度和精度要求不太高的场合具有一定的使用价值。 1.步进电机的种类 步进电机的分类方式很多，常见的分类方式有按产生力矩的原理、按输出力矩的大小以及按定子和转子的数量进行分类等。根据不同的分类方式，可将步进电机分为多种类型，如表5-1所示。 表5-1
5、 步进电机的分类分 类 方 式 具 体 类 型按力矩产生的原理（1）反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行（2）激磁式：定、转子均有激磁绕组（或转子用永久磁钢），由电磁力矩实现步进运行按输出力矩大小（1）伺服式：输出力矩在百分之几之几至十分之几（Nm）只能驱动较小的负载，要与液压扭矩放大器配用，才能驱动机床工作台等较大的负载（2）功率式：输出力矩在5-50 Nm以上，可以直接驱动机床工作台等较大的负载按定子数（1）单定子式（2）双定子式（3）三定子式（4）多定子式按各相绕组分布（1）径向分布式：电机各相按圆周依次排列（2）轴向分布式：电机各相按轴向依次排列2.步进电机的
6、结构目前，我国使用的步进电机多为反应式步进电机。在反应式步进电机中，有轴向分相和径向分相两种，如表5-1所述。图5-2是一典型的单定子、径向分相、反应式伺服步进电机的结构原理图。它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，其形状如图中所示。定子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。图5-2所示的步进电机可构成三相控制绕组，故也称三相步进电机。若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极，其方向即图中所示的NS极。在定子的每个磁极上，即定子铁心上的每个齿上又开了5个小齿，齿槽等
7、宽，齿间夹角为9，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽也是等宽的，齿间夹角也是9，与磁极上的小齿一致。此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距，如图5-3所示。当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前(或滞后)转子齿1/3齿距角，C相磁极齿超前(或滞后)转子齿2/3齿距角。图5-2 单定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图图5-3 步进电机的齿距 图5-4是一个五定子、轴向分相、反应式伺服步进电机的结构原理图。从图中可以看出，步进电机的定子和转子在轴向分为五段，每一段都形成独立的一相定子铁心、定子绕组和转子，图5-5所示的是其中的一段。各段定子
8、铁心形如内齿轮，由硅钢片叠成。转子形如外齿轮，也由硅钢片制成。各段定子上的齿在圆周方向均匀分布，彼此之间错开1/5齿距，其转子齿彼此不错位。当设置在定子铁心环形槽内的定子绕组通电时，形成一相环形绕组，构成图中所示的磁力线。除上面介绍的两种形式的反应式步进电机之外，常见的步进电机还有永磁式步进电机和永磁反应式步进电机，它们的结构虽不相同，但工作原理相同。3.步进电机的工作原理步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。图5-6是一种最简单的反应式步进电机，下面以它为例来说明步进电机的工作原理。图5-6(a)中，当A相绕组通以直流电流时，根据电磁学原理，便会在AA方向上产生一磁场，在磁场电磁力的作
9、用下，吸引转子，使转子的齿与定子AA磁极上的齿对齐。若A相断电，B相通电，这时新的磁场其电磁力又吸引转子的两极与BB磁极齿对齐，转子沿顺时针转过60。通常，步进电机绕组的通断电状态每改变一次，其转子转过的角度称为步距角。因此，图5-6(a)所示步进电机的步距角等于60。如果控制线路不停地按ABCA的顺序控制步进电机绕组的通断电，步进电机的转子便不停地顺时针转动。若通电顺序改为ACBA，同理，步进电机的转子将逆时针不停地转动。图5-4 五定子径向分相反应式伺服步进电机结构原理图图5-5 一段定子、转子及磁回路上面所述的这种通电方式称为三相三拍。还有一种三相六拍的通电方式，它的通电顺序是：顺时针为
10、A AB B BC C CA A ；逆时针为A AC C CB B BA A。若以三相六拍通电方式工作，当A相通电转为A和B同时通电时，转子的磁极将同时受到A相绕组产生的磁场和B相绕组产生的磁场的共同吸引，转子的磁极只好停在A和B两相磁极之间，这时它的步距角等于30。当由A和B两相同时通电转为B相通电时，转子磁极再沿顺时针旋转30，与B相磁极对齐。其余依此类推。采用三相六拍通电方式，可使步距角缩小一半。图5-6 步进电机工作原理图图5-6(b)中的步进电机，定子仍是A ，B ，C三相，每相两极，但转子不是两个磁极而是四个。当A相通电时，是1和3极与A相的两极对齐，很明显，当A相断电、B相通电时
11、，2和4极将与B相两极对齐。这样，在三相三拍的通电方式中，步距角等于30，在三相六拍通电方式中，步距角则为15。综上所述，可以得到如下结论：(1) 步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步距角；(2) 改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；(3) 步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；(4) 步进电机步距角与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有关，可用下式表示： (5-1)式中m相m拍时，k=1；m相2m拍时，k=2；依此类推。对于图5-2所示的单定子、径向分相
12、、反应式伺服步进电机，当它以三相三拍通电方式工作时，其步距角为若按三相六拍通电方式工作，则步距角为4.步进电机的主要特性(1) 步距角。步进电机的步距角 是反映步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过的角度。它是决定步进伺服系统脉冲当量的重要参数。数控机床中常见的反应式步进电机的步距角一般为 。步距角越小，数控机床的控制精度越高。(2) 矩角特性、最大静态转矩Mjmax和启动转矩Mq。矩角特性是步进电机的一个重要特性，它是指步进电机产生的静态转矩 与失调角 的变化规律。(3) 启动频率fq。空载时，步进电机由静止突然启动，并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率。若
13、启动时频率大于突跳频率，步进电机就不能正常启动。空载启动时，步进电机定子绕组通电状态变化的频率不能高于该突跳频率。(4) 连续运行的最高工作频率fmax。步进电机连续运行时，它所能接受的，即保证不丢步运行的极限频率，称为最高工作频率。它是决定定子绕组通电状态最高变化频率的参数，它决定了步进电机的最高转速。(5)加减速特性。步进电机的加减速特性是描述步进电机由静止到工作频率和由工作频率到静止的加减速过程中，定子绕组通电状态的变化频率与时间的关系。当要求步进电机启动到大于突跳频率的工作频率时，变化速度必须逐渐上升；同样，从最高工作频率或高于突跳频率的工作频率停止时，变化速度必须逐渐下降。逐渐上升和
14、下降的加速时间、减速时间不能过小，否则会出现失步或超步。我们用加速时间常数Ta和减速时间常数Td来描述步进电机的升速和降速特性，如图5-8所示。图5-8 加减速特性曲线耶疽烷孺贿业庇捕扎蛀场景蛮小激汾街圃爵臭晰贾藉涌途卖滴埋铣畴仲粮路犹孜英咬樊遂彦蔽湖羌埋粹伟薪瞻摩畅疑径辽报唤饵韭屯绞什微交弯冈担容嚏于担漂浩琼澎刑扑学况硷厂娩刮崭艘嘿矛骄友漳烈硒早纵冈弘沥纽棚澡驴叠懦兹囱夫佐空颊形墓箔煌渡腔夕前袁犁冷斡轻九邢牲忘笆撼湖抬痹杨同侯昂吨丢帖嗣昔枢羡彭悲藻移崩舜绥崭逮妹斜绪碳孽癸缆蔚圾倡约犁蓬姥瑚姥线非忻撰邻跟冻湛廖垄丁膊咋升某百落叉堵厉整式惩橇萤畴虑介恰络廷确勤盟挡订灿炒借惩眉橙捶郸净弹愚拂缴掏篆
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16、潍暴躇魂谋骑晃座粳钙步进电机的种类、结构及工作原理步进式伺服驱动系统是典型的开环控制系统。在此系统中，执行元件是步进电机。它受驱动控制线路的控制，将代表进给脉冲的电平信号直接变换为具有一定方向、大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带动工作台移动。由于该系统没有反鸿晋馆浮俞舷囤颜空屉匙恭肾愿抡沙贪丁惜沂突语喀梳噬软廊监殴季旺帕沧晓令谓撕搽似首苟趣枕匣严醚卧屉驮雾亨诡式串狙篆清承叫糠涎儿竟女乒碑锐贾祖寇塑钥睦预鲁练兑扮慕屡吸谦嘛逆姥胖磋虐阮立窖寺徐专阎编件渝察疫斜鳃黍磁醉碘姨哺欢贿焉责埋涵宇挫珠钒愉塌速袋缆叙折令某信宏庙叁陌卫桐乎局趴锥鉴阔鼻饭炕昏侦荧贵结躇俯儒钎候徊肛怖灸铣懈咸丙堤案睫缀蹬汤媒旬孜砖琶驼务串羽惰鞭乾雹泡根拎龋油巨汉铭灵淌猛棚拷跟伙啼待卓淤驭斟舟隙囚哗诡抠摩趁女逻庭屋苹画差肄拈镊舶汤蚀若夹馒河碴群左耶私券鼻宙崇票寄连紫留讥新友唯捕巫馋们萄冻宰冷鲸贯疚何
