步进电机的运行特性.

dWm 1 2 dL 1 Zr 2 d 2 T= = I = (WI ) = (WI ) d q sin ( Zr ) d 2 d 2 d 4
(
)
= Tmax sin ( Zr ) = Tmax sin q
Z r (WI ) ( d q ) = 4
2
Tmax
转子振荡过程：
以上分析时认为，切换控制绕组时，转子单调地趋向新的平 衡位置，但实际上要经过一个衰减的振荡过程。
为减小振荡幅度和时间，可 增加阻尼：
•机械阻尼：增加电机转子的 干摩擦阻力或增加粘性阻力。 缺点：增大了惯性，快速性 能变坏，体积增大。 •电气阻尼：多相激磁阻尼、 延迟断开阻尼。优点：方法 简单，效果好。
J d 2 qe qe = 0 2 Z rTmax dt
解为：
qe = qe 0 cos 0t
Z rTmax 0 = J
1 Z rTmax f0 = 2p J
2. 连续脉冲运行
极低频--连续步进运行
脉冲频率很低时的低频共振 频率介于极低频与高频 之间，此时脉冲间隔较长，电 动机起动和运行一般不会有问 题。但是，如果等于或接近于 步进电动机的振荡频率时，电 动机就会出现低频共振。 A相通电，OA—d—OB—e— OB—d，此时第二个脉冲到来， 通电绕组由B相换为C相，工 作点由d移到f，由于转矩为负， 转子返向转动向O’C移动。
定子
转子
q=0, T=0;
q>0, T<0 ;
q<0, T>0;
q=p, T=0
当只有一相绕组通电时，储存在电机气 隙中的磁场能量为
1 Wm = LI 2 2
dWm T= d
q = Zr
磁导变化曲线
1 1 = ( d q ) ( d q )cos q 2 2
W L= = W 2 I
Tmax = K
Z r (WI ) 2 ( d q ) 4
最大静转矩特性
(6) 矩角特性族
A T B C A
OA
OB
OC
2p qse = 3
q
三拍时的矩角特性族
六拍时的矩角特性族
二、动态特性
1. 单脉冲运行
T
C
-p a o0 o1
p
b
qse
qr
静态稳定区
q
当加上一个控制脉冲信 号，矩角特性将转移到 矩角特性族中的下一条 矩角特性曲线，转子将 转到新的稳定平衡位置 o1。在改变通电状态时， 只有当转子起始位置位 于ab之间才能使它向o1 点运动。因此称区间ab 为电动机空载时的动态 稳定区。
由此可知，步进电动机能带的最大负载转矩要比最大静转矩 Tmax小。只有当负载转矩小于起动转矩(最大负载转矩)Tst，才 能保证电动机进行正常的步进运动。 若矩角特性为幅值相等的正弦波时，可得：
p q se q p = Tmax cos se = Tmax cos 2 2 mC 当C=1时，m 最小为3；m越大，起动转矩越大；C越大，起 动转矩越大。 Tst = Tmax sin
起动频率和起动特性 fst 是指一定负载转矩下能够不失步地起动的脉冲最高频率， 它的大小与电动机本身参数、负载转矩及转动惯量的大小， 以及电源条件等因素有关。它是步进电动机的一项重要技术 指标。
fst=f(TL) fst=f(J)
起动矩频特性 起动惯频特性
连续运行频率与运行矩频特性 步进电动机带一定负载正常起动后，连续缓慢地升高脉 冲频率，直到不丢步运行的最高频率，称为运行频率。
当负载转矩为零，且不计阻尼作用时，用外力使转子偏离稳 定平衡位置一个小角度，然后释放，则转子将在电磁转矩作 用下向稳定位置运动，形成一个自由振荡，其运动方程为：
d J =T dt
d 2q J 2 = Tmax sin qe dt
qe = Z r q
J d 2 qe sin qe = 0 sin qe qe 2 Z rTmax dt
最大负载转矩(又称起动转矩)：
T
o"0
Tst TL1
-p o'0 o0 o'1 o1
-p
T o"1 TL2 Tst
p q
o0
o1
p q
TL1<Tst
TL2>Tst
因新的矩角特性曲线上对应点的电磁 转矩大于负载转矩，使转子加速并向 q增大的方向运动，最终到达新的稳 定平衡点o’1.
新矩角特性上对应点的转矩小于 负载转矩，转子不能到达新的稳 定平衡点o”1，而是向q减小的方 向运动，因此不能作步进运动。
低频共振现象
脉冲频率很高时的连续运行 当控制脉冲的频率很高时， 脉冲间隔的时间很短，电机转 子尚未到达第一次振荡的幅值， 甚至还没有到达新的稳定平衡 位置，下一个脉冲就到来。此 时电机的运行已由步进变成了 连续平滑的转动，转速也比较 稳定。 当频率太高时，也会产生 失步，甚至还会产生高频振荡。
连续运行状态
动态稳定区
动态稳定区：(-p+qse)<q<(p+qse) a点与o0点之间的夹角qr称为稳定裕度(或裕量角)。裕量角越 大，电动机运行越稳定。
2p p q r = p q se = p Zr = (mC 2) mZ r C mC
由上式可见，C=1时，反应式步进电动机的相数最少为3。 电动机的相数越多，步距角越小，相应的稳定裕度越大， 运行的稳定性也越好。
* 反应式步进电动机运行特性 一、静态特性
静态运行是指通电状态不变，电机处于稳定状 态时的特性。
静转矩 静特性 矩角特性
静态稳定区
需要清楚的几个名称： (1)初始稳定平衡位置：指步进电动机在空载情况下，控制
绕组中通以直流电流时，转子的最后稳定位置; (2)失调角q：指步进电动机转子偏离初始平衡位置的电角度。 在反应式步进电动机中，转子一个齿距所对应的度数为2p电 弧度或360o电角度； (3)矩角特性：在失调角的关系，即T=f(q)
步进电动机的矩角特性
(4)静态稳态区：在空载时，稳定平衡位 置对应于q=0处，而q=180度则为不 稳定平衡位置。在静态情况下，如受 外力矩的作用使转子偏离稳定平衡位 置，但没有超出相邻的不稳定平衡点， 则当外力矩除去以后，电动机转子在 静态转矩作用下仍能回到原来的稳定 平衡点，所以二个不稳定平衡点之间 的区域构成静态稳定区。 (5)最大静转矩：Tmax=f(I)