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二、步进电动机及其驱动

(一)步进电动机

Ⅰ：原理：

步进电动机是一种同步电动机，是一种将电脉冲信号转换成角位移(或直线位移)的执行元件。这种电动机，每施加一个电脉冲，其转轴就转过一个角度，称为一步。脉冲数增加，角(或直线)位移随之增加;脉冲频率高，电动机旋转速度就快，反之则慢;分配脉冲的相序改变，电动机便反转。

步进电动机绕组所加电源既不是恒定直流，也不是正弦交流，而是脉冲电压，所以有时也称为脉冲电动机。

Ⅱ ：分类：

步进电动机的种类很多，有多种分类方法。若按工作原理分类，则可将步进电动机分为：

反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式和永磁感应子式步进电动机。其中反应式和永磁感应子式步进电动机比较常用。

1.反应式步进电动机

电动机定子有A、B、C三对磁极。在相应的磁极上绕有A、B、C三相控制绕组。

(1)当A、B、C三对磁极的绕组依次轮流通过直流电时，则A、B、C三对磁极就依次轮流产生磁场吸引转子转动。

首先，当A相绕组通电，B、C两相断电时，转子的齿1、3分别被定子磁极A—A’吸引而对齐。

然后，A相断电，B相通电，于是转子的2、4两齿被定子磁极B—B’吸引，这时转子逆时针转了30，接下去B相断电，C相通电，转子1、3齿与定子磁极C-C′轴线对齐，转子又逆时针转过了30。

这种按A→B→C→A→B→C→A…顺序轮流通电的方式称为三相单三拍。“三相”是指定子有三相绕组A、B、C，“单”是指每次只有一相绕组单独通电，“三拍”是指经过三次经过切换控制绕组的通电状态为一个循环。每一拍，即输入一个脉冲信号，都使转子转过一个角度，称之为步距角θs。

(2)计算公式如下：

步距角　Θs=360/mkz

m ——步进电动机的相数;

k ——与通电方式有关的系数，如单拍或双拍是为1，单、双拍是为2;

z ­——不仅电动机转子的齿数。

(3)步进电动机也可以采用三相单、双拍通电方式，通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A……

转速：　n=60f/NZ (转/分)

N =mk —运行拍数

即步进电机转速取决于脉冲频率、转子齿数和运行拍数。

步进电动机的转子齿数多，步距角也就越小，位置精确度就越高。

(4)除三相反应式步进电动机外，还有四相、五相、六相反应式步进电动机。

2.永磁感应子式步进电动机

由于在磁路中含有永久磁钢，所以，永磁感应子式步进电动机的定子绕组断电后，仍有一定的定位转矩。

3.步进电动机的主要性能指标。步进电动机的主要性能指标有：

(1)步距精度。空载时，以单脉冲输入，步进电动机的实际步距角与理论步距角之差称为静态步距角误差，以偏差的角度或相对百分数来衡量。我国生产的步进电动机的步距精度一般在±10～±30分的范围，有些可达±2～±5分。

(2)最大静转距。转子处于静止状态时，能与最大负载转矩相平衡的电磁转矩称为步进电动机的最大转矩。它是衡量步进电动机带负载能力的主要指标。

(3)起动频率。使步进电动机能够由静止定位状态不失步地起动，并进入正常运行的控制脉冲最高频率，称为起动频率。在电动机空载情况下，称为空载起动频率。在有负载情况下，不失步起动所允许的最高频率将大大降低。

(4)连续运行频率。步进电动机起动后，其转速将跟随控制脉冲频率连续上升而不失步的控制脉冲的最高频率，称为连续运行频率的最高工作频率。步进电动机的连续运行频率随负载的增大而下降，但步进电动机连续运行频率远高于其起动频率。

(二)步进电动机对驱动电源

1.驱动电源的基本要求：

(1)电源的相数、通电方式、电压、电流应与步进电动机的基本参数相适应;

(2)满足步进电动机起动频率和运行频率的要求;

(3)工作可靠、抗干扰能力强;

(4)成本低，效率高，安装和维护方便;

2.组成：

驱动电源由环形分配器和功率驱动器组成。

(1)环形分配器：主要功能是将CNC装置的插补脉冲，按照步进电动机所要求的规律分配给功率驱动器的各相输入端，以控制步进电动机励磁绕组的导通或关断。

(2)功率驱动器：主要作用是将环形分配器输出的脉冲信号放大，以便用足够的功率来驱动步进电动机。

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