交流伺服电机工作原理

1、 执行元件的种类 交流(AC)伺服电动机 直流(DC)伺服电动机 步进电机 其它电机 双金属片 形状记忆合金 压电元件其它 电磁铁及其它 与材料有关 气压马达 气 缸 液压马达 油 缸 电动机 电磁式 液压式 气压式 执 行 元 件 伺服电动机控制方式的基本形式 伺服电动机又称执行电动机。其伺服电动机又称执行电动机。其 伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控伺服电动机可控性好，反应迅速。是自动控 制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。 交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。交流伺服电动机就是一台两相交流异步电机。 它的定子上装有空间互差它的定子上装有

2、空间互差9090 的的两个绕组：励磁绕组两个绕组：励磁绕组 和控制绕组，其结构如图所示。和控制绕组，其结构如图所示。 励磁绕组励磁绕组 控制绕组控制绕组 杯形转子杯形转子 内定子内定子 放放 大大 器器 检检 测测 元元 件件 2 U 2 I + U + 控制绕组控制绕组 励磁绕组励磁绕组 U C U 1 I 1 U + + + 励磁绕组串联电容励磁绕组串联电容C , 是为了产生两相旋转磁场。是为了产生两相旋转磁场。 适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相 位差接近位差接近9090 , ,从而产生所需的旋转磁场。从而产生所需的旋转磁场。 1 U

3、 C U 1 I 1 U 2 U U 放放 大大 器器 检检 测测 元元 件件 2 U 2 I + U + 控制绕组控制绕组 1 I 2 I 0 2 s 1 21 ss s 0 1 s 2 2 s 2 1 s 1 T 2 T 正正 转转 转转 反反 0 2 s 1 21 ss s 0 1 s 2 2 s 2 1 s 1 T 2 T 0.8 U2 0.6 U2 o n 交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W， 电源频率分电源频率分50Hz、400Hz等多种。它的应用很广等多种。它的应用很广 泛，如用泛，如用在各种自动控制、自动记录等系统中。在各种自动控制、自动

4、记录等系统中。 工作原理也与直流电动机工作原理也与直流电动机 相同。相同。 供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两 个独立的电源供电。个独立的电源供电。 U1为励磁电压，为励磁电压， U2为电枢电压为电枢电压 M U1 I1 I2 U2 U + + 直流伺服电动机的接线图直流伺服电动机的接线图 直流伺服电机的机直流伺服电机的机 械特性与他励直流电机械特性与他励直流电机 相同一样，也可用下式相同一样，也可用下式 表示表示 T KK R K U n TEE 2 a2 机械特性曲线如图所示。机械特性曲线如图所示。 直流伺服电动机的直流伺服电动机的 n=f

5、(T)曲线曲线(U1=常数常数) U2 0.8U2 0.6U2 0.4U2 n T O 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常 应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控 制等。制等。 直流伺服电机输出功率一般为直流伺服电机输出功率一般为1-600W。 测速发电机是一种转速测量传感器。在许测速发电机是一种转速测量传感器。在许 多自动控制系统中，它被用来测量旋转装置的多自动控制系统中，它被用来测量旋转装置的 转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信 号电压。号电压。 测

6、速发电机分为交流和直流两种类型。测速发电机分为交流和直流两种类型。 交流测速发电机又分为同步式和异步式两交流测速发电机又分为同步式和异步式两 种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作 原理。原理。 1 转子转子 定子定子 励磁绕组励磁绕组 输出绕组输出绕组 异步式交流测速发电机的结构与杯形转子异步式交流测速发电机的结构与杯形转子 交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组，交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组， 一个是励磁绕组，一个是输出绕组。一个是励磁绕组，一个是输出绕组。 输出输出 绕组绕组 2 U + 励磁励磁 绕组绕组 1 U 1 I 1 + 工作

7、时，测速发电机的励磁绕组接交流电工作时，测速发电机的励磁绕组接交流电 源源U U1 1，由，由 U U1 1 4.44 4.44 f1 1N N1 1 1 1 可知： 可知： 11 U 当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转 子切割子切割 1 1产生转子感应电势产生转子感应电势E Er r和转子电流和转子电流I Ir r， 它们的大小与它们的大小与 1 1和转子转速和转子转速 n 成正比：成正比： nEI 1rr 转子电流转子电流 Ir也产生磁通也产生磁通 r ， r 在输出绕组在输出绕组 中感应出电压中感应出电压U2 ， ， U2的大小与 的大小与 r r成

8、正比：成正比： r2 U 综合上述分析可知：综合上述分析可知： nUnU 112 当当 U U1 1恒定不变时，恒定不变时， U U2 2与与n 成正比，这样，成正比，这样， 发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压 信号，输出给控制系统。信号，输出给控制系统。 由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测 速发电机的输出电压速发电机的输出电压 U U2 2与与n 间存在着一定的非间存在着一定的非 线性误差，使用时要注意加以修正。线性误差，使用时要注意加以修正。 直流测速发电机分永磁式和他励式两种。直流测速发电机分永磁式和他励

9、式两种。 两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻两种电机的电枢相同，工作时电枢接负载电阻 RL。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场， 因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服 电机相同，工作时励磁绕组加直流电压电机相同，工作时励磁绕组加直流电压U1励磁。励磁。 他他励式直流测速发电机接线图励式直流测速发电机接线图 TG RL I2 U2 + Ra + E I1 U1 + 当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时，当被测装置转动轴带动发电机电枢旋转时， 电枢产生电动势电枢产生电动势E，其大小为：，其大小为： nKE E

10、发电机的发电机的输出电压为：输出电压为： 2a2a2 IRnKIREU E 上式中代入：上式中代入： L 2 2 R U I 于是于是 n R R K U E L 2 a 1 可见，当励磁电压可见，当励磁电压U1保持恒定时（保持恒定时（ 亦亦恒恒 定定），若，若Ra、RL不变，则输出电压不变，则输出电压U2的大小的大小与与 电枢转速电枢转速 n 成正比。成正比。这样，发电机就把被测装这样，发电机就把被测装 置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制 系统。系统。 0 n U2 RL2RL1 RL= RL2 RL1 值得注意的是，由于直流电机中存在着电值得注

11、意的是，由于直流电机中存在着电 枢反应现象，使得输出电压枢反应现象，使得输出电压U2与转速与转速n 有一定有一定 的线性误差。的线性误差。 RL越小、越小、n 越大，误差越大。因越大，误差越大。因 此，在使用中应使此，在使用中应使RL和和 n的大小符合的大小符合直流测速直流测速 发电机的技术要求。发电机的技术要求。 测速发电机的作用是将机械速度转变为电压测速发电机的作用是将机械速度转变为电压 信号，在自动控制系统和计算装置中作为检测元信号，在自动控制系统和计算装置中作为检测元 件、校正元件等。如在恒速控制系统中，测速发件、校正元件等。如在恒速控制系统中，测速发 电机将速度转换为电压信号作为反馈

12、信号，达到电机将速度转换为电压信号作为反馈信号，达到 调节速度的作用。调节速度的作用。 ( 步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲 信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉 冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段 距离。距离。 种类种类：励磁式和：励磁式和两种。两种。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的下面以反应式步进电机为例说明步进电机的 结构和工作原理。结构和工作原理。 如下：如下： A B C IA IB IC 定子内圆周定子内圆周 均匀分布着六个均

13、匀分布着六个 磁极，磁极上有磁极，磁极上有 励磁绕组，每两励磁绕组，每两 个相对的绕组组个相对的绕组组 成一相。采用成一相。采用Y 连接，转子有四连接，转子有四 个齿。个齿。 定子定子 转子转子 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合， 因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩， 使转子转动。使转子转动。 现以现以A B C A的通电顺序，使三相绕组的通电顺序，使三相绕组 轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。 B C IA IB IC C A B BC A 3

14、4 1 2 A相绕组通电，相绕组通电，B、C相相 不通电。气隙产生以不通电。气隙产生以A-AA-A为轴线为轴线 的磁场，而磁力线总是力图从的磁场，而磁力线总是力图从 磁阻最小的路径通过，故电动磁阻最小的路径通过，故电动 机转子受到一个反应转矩，在机转子受到一个反应转矩，在 此转矩的作用下，转子必然转此转矩的作用下，转子必然转 到左图所示位置：到左图所示位置：1、3齿与齿与A、 A极对齐。极对齐。 C A B BC A 3 4 1 2 同理，同理，B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30 角，角，2、4 齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；当磁极轴线对齐；当C相通电时，转子相通电时，转子 再转过

15、再转过30 角，角，1、3齿和齿和C 、C磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。 1 C 3 42 C A B B A 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为 一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲， 所以称为三相单三拍工作方式。所以称为三相单三拍工作方式。 按按AB C A 的顺序给三相绕组的顺序给三相绕组 轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转 过过30( (步距角步距角) )，每个通电循环周期，每个通电循环周期( (3拍拍) )磁场在磁场在 空间旋转了空间旋转了360

16、而转子而转子转过转过90( (一个齿距角一个齿距角) )。 按按AAB B BC C CA的顺序给三相的顺序给三相 绕组轮流通电。绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制这种方式可以获得更精确的控制 特性。特性。 C A B BC A 3 4 1 2 C A B BC A 3 4 1 2 A相通电，转子相通电，转子1 1、 3 3齿与齿与A、A 对齐。对齐。 A、B相同时通电，相同时通电， A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿， B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，齿， 转子转转子转过过15 ，到达左图到达左图 所示位置。所示位置。 C A B BC A 3 4 1 2 B B 相通电，转子相

17、通电，转子2、 4齿与齿与B、B 对齐对齐, ,又转又转 过过15 。 3 4 1 2 C A B BC A B、C相同时通电，相同时通电， C 、C 磁极拉住磁极拉住1、3 齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住 2、4齿，转子再转齿，转子再转过过 15 。 三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周 期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循每个循 环周期分为六拍。每拍转子转过环周期分为六拍。每拍转子转过15 （步距角），（步距角）， 一一个通电循环周期个通电循环周期( (6拍拍) )转子转过转子转过90 ( (齿距角齿距角) )。 与单三拍相比，六拍驱动方

18、式的步进角更与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更 小，更适用于需要精确定位的控制系统中。小，更适用于需要精确定位的控制系统中。 按按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通 电。每拍有两相绕组同时通电电。每拍有两相绕组同时通电。 AB通电通电 C A B BC A 3 4 1 2 BC通电通电 3 4 1 2 C A B BC A CA通电通电 C A B BC A 3 4 1 2 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循循 环周期也分为三拍。每拍转子转过环周期也分为三拍。每拍转子转过30 ( (步距角步距角) )， 一一个通电循环周期

19、个通电循环周期( (3拍拍) )转子转过转子转过90 ( (齿距角齿距角) )。 从以上对步进电机三种驱动方式的分析可从以上对步进电机三种驱动方式的分析可 得步距角计算公式：得步距角计算公式： mZr 360 步距角步距角 Zr 转子齿数转子齿数 m 每个通电循环周期的拍数每个通电循环周期的拍数 实用步进电机的步距角多为实用步进电机的步距角多为3 和和1.5 。为了。为了 获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的，获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的， 如教材图如教材图10.4.4所示。图中转子表面有所示。图中转子表面有4040个齿，个齿， 齿距角是齿距角是9 9 ；定子仍是定子仍是

20、6 6个磁极，但每个磁极表个磁极，但每个磁极表 面加工有五个和转子一样的齿。面加工有五个和转子一样的齿。 应用：应用： 步进电动机根据数控装置步进电动机根据数控装置 发出的指令带动电位器的发出的指令带动电位器的 动触电转动，使其偏离中动触电转动，使其偏离中 点产生电位差，经放大后点产生电位差，经放大后 控制伺服阀的开口量，压力油经阀口进入油缸，使控制伺服阀的开口量，压力油经阀口进入油缸，使 机械手按照存储在数控装置中的指令动作。机械手按照存储在数控装置中的指令动作。 步进电机控制系统原理步进电机控制系统原理 主要解决如下几个问题：主要解决如下几个问题： (1) 用软件的方法实现脉冲序用软件的方

21、法实现脉冲序 列；列； (2) 步进电机的方向控制；步进电机的方向控制； (3) 步进电机控制程序的设计。步进电机控制程序的设计。 微机控制技术 步进电机控制系统原理步进电机控制系统原理 1脉冲序列的生成脉冲序列的生成 图图 脉冲序列脉冲序列 微机控制技术 P130P130 步进电机控制系统原理步进电机控制系统原理 脉冲幅值脉冲幅值 由数字元件电平决定。由数字元件电平决定。 TTL 0 5V CMOS 0 10V 接通和断开时间可用延时的办法控制。接通和断开时间可用延时的办法控制。 要求：确保步进到位。要求：确保步进到位。 微机控制技术 2方向控制方向控制 步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序

22、相关。步进电机旋转方向与内部绕组的通电顺序相关。 三相步进电机有三种工作方式：三相步进电机有三种工作方式： 单三拍，通电顺序为单三拍，通电顺序为 ABC ； 双三拍，双三拍， 通电顺序为通电顺序为 ABBCCA ； 三相六拍，通电顺序为三相六拍，通电顺序为 AABBBCCCA ； 步进电机控制系统原理步进电机控制系统原理 微机控制技术 改变通电顺序可以改变步进电机的转向改变通电顺序可以改变步进电机的转向 步进电机控制系统原理步进电机控制系统原理 3.步进电机通电模型的建立：步进电机通电模型的建立： （1）用微型机输出接口的每一位控制一相绕组，）用微型机输出接口的每一位控制一相绕组， 【例如例如

23、】用用 8255 控制三相步进电机时，控制三相步进电机时， 可用可用 PC.O、PC.1、PC.2 分别接至步进电机的分别接至步进电机的 A、 B、 C 三相绕组。三相绕组。 （2）根据所选定的步进电机及控制方式，写出相）根据所选定的步进电机及控制方式，写出相 应控制方应控制方 式的数学模型。式的数学模型。 上面讲的三种控制方式的数学模型分别为：上面讲的三种控制方式的数学模型分别为： 微机控制技术 步进电机控制系统原理步进电机控制系统原理 三相单三拍三相单三拍 步步 序序 控控 制制 位位 工工 作作 状状 态态 控控 制制 模模 型型 PC. 7 PC. 6 PC. 5 PC. 4 PC.

24、3 PC. 2 C 相相 PC. 1 B 相相 PC. 0 A 相相 100000001A01 H 200000010B02 H 300000100C04 H微机控制技术 三相双三拍三相双三拍 用用 P1P1口口 的的 P1.2 P1.2 、P1.1P1.1、P1.0 P1.0 对应对应 C C、B B、A A 相相 进行控进行控 制制 。 步进电机控制系统原理步进电机控制系统原理 同理，可以得出双三拍和三相六拍的控制模型：同理，可以得出双三拍和三相六拍的控制模型： 双三拍双三拍 03H，06H，05H 三相六拍三相六拍 01H，03H，02H，06H，04H，05H 以上为步进电机正转时的控

25、制顺序及数学模型，以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模型， 如按逆序进行控制，步进电机将向相反方向转动。如按逆序进行控制，步进电机将向相反方向转动。 微机控制技术 步进电机与微型机的接口及程序设计 4.步进电机与微型机的接口电路步进电机与微型机的接口电路 （1）由于步进电机的驱动电流较大，所以微型机与）由于步进电机的驱动电流较大，所以微型机与 步进电机的连接都需要专门的接口及驱动电路。步进电机的连接都需要专门的接口及驱动电路。 接口电路可以是锁存器，也可以是可编程接口芯片，接口电路可以是锁存器，也可以是可编程接口芯片， 如如 8255、8155等。等。 驱动器可用大功率复合管，也可以是专门的

26、驱动器。驱动器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动器。 光电隔离器，一是抗干扰，二是电隔离，光电隔离器，一是抗干扰，二是电隔离， 微机控制技术 步进电机与微型机的接口及程序设计 步进电机与微型机接口电路之一步进电机与微型机接口电路之一 微机控制技术 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 步进电机与微型机的接口及程序设计 总之，总之， 只要按一定的顺序只要按一定的顺序 改变改变 P1.0P1.2 三位通电的状况，三位通电的状况， 即可控制步进电机依选定的方向步进。即可控制步进电机依选定的方向步进。 微机控制技术 步进电机与微型机的接口及程序设计 由于步进电机运行

27、时功率较大，由于步进电机运行时功率较大， 可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离可在微型机与驱动器之间增加一级光电隔离 器，器， 以防强功率的干扰信号反串进主控系统。以防强功率的干扰信号反串进主控系统。 如如 图图4-25 微机控制技术 步进电机与微型机的接口及程序设计 步进电机与微型机接口电路之二步进电机与微型机接口电路之二 微机控制技术 0 0 0 0 1 10 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 步进电机与微型机的接口及程序设计 2.步进电机程序设计步进电机程序设计 (1)步进电机程序设计的主要任务是： 判断旋转方向；判断旋转方向； 按顺序传送控制脉冲；按顺序传送控制脉冲； 判断

28、所要求的控制步数是否传送完毕。判断所要求的控制步数是否传送完毕。 （2）程序框图 下面以三相双三拍为例说明这类程序 的设计. 微机控制技术 图图4.46 4.46 三相双三拍步进电机控制程序流程图三相双三拍步进电机控制程序流程图 p134p134微机控制技术 步进电机与微型机的接口及程序设计 ORGORG0100H0100H ROUNT1ROUNT1：MOVMOVA A，#N#N；步进电机步数；步进电机步数A A JNB JNB00H00H，LOOP2LOOP2；反向，转；反向，转 LOOP2LOOP2 LOOP1LOOP1： MOVMOVP1P1，#03H#03H；正向，输出第一拍；正向，输

29、出第一拍 ACALLACALL DELAYDELAY；延时；延时 DECDECA A；A A0 0，转，转DONEDONE JZ JZDONEDONE MOV MOVP1P1，06H06H；输出第二拍；输出第二拍 ACALLACALL DELAYDELAY；延时；延时 DECDECA A；A A0 0，转，转DONEDONE JZ JZDONEDONE MOV MOVP1P1，05H05H；输出第三拍；输出第三拍 ACALLACALL DELAYDELAY；延时；延时 DECDECA A；A A0 0，转，转LOOP1LOOP1 JNZJNZ LOOP1LOOP1 （3 3）程序）程序 根据图

30、根据图4-464-46可写出如下步进电机控制程序可写出如下步进电机控制程序 微机控制技术 步进电机与微型机的接口及程序设计 微机控制技术 AJMP DONE AJMP DONE ；A A0 0，转，转DONEDONE LOOP2LOOP2： MOVMOV P1 P1，03H03H；反向，输出第一拍；反向，输出第一拍 ACALL DELAY ACALL DELAY ；延时；延时DEC ADEC A；A A0 0，转，转DONDON JZ JZ DONE DONE MOV P1 MOV P1，05H05H；输出第二拍；输出第二拍 ACALL DELAYACALL DELAY；延时；延时 DECDE

31、C A A JZ JZ DONE DONE； MOVMOV P1 P1，06H06H；输出第三拍；输出第三拍 ACALL DELAYACALL DELAY；延时；延时 DECDEC A A ；A A0 0，转，转LOOP2LOOP2 JNZ JNZ LOOP2 LOOP2 DONEDONE： RETRET DELAY： 计算例题（直线运动) 运动学计算 动力学计算 选择同步带直径和步进电机细分数m 计算电机力矩，选择电机型号 四、计算例题（直线运动） 已知：直线平台水平往复运动，最大行程L400 mm，同步带 传动；往复运动周期为T 4s；重复定位误差 0.05 mm； 平台运动质量M 10

32、kg，无外力。 求：电机型号、同步带轮直径、最大细分数。 平台结构简图 运动学计算 平均速度为： 设加速时间为0.1 S；(步进电机一般取加速时间为：0.11秒) (伺服电机一般取加速时间为：0.050.5秒) 则加减速时间共为0.2 S，且加减速过程的平均速度为最大速度的一 半。 smV/ 2 . 02/4 . 0 故有：L 0.2 Vmax / 2 1.8 Vmax 0.4 m 得： Vmax 0.4 / （ 0.2 / 2 1.8 ） 0.211 m/s 所以，加速度为： 2 m/s 11.2 1 .0 0211.0 t V a 加速距离： 匀速距离： 减速距离和加速距离相同， m 01

33、06. 01 . 011. 2 2 1 2 1 22 001 atVSS m 380. 08 . 1211. 0 max2 tVS m 0106. 0 13 SS m 401.0 321 SSSS 动力学计算 同步带上需要拉力： F M a + f 摩擦力：f M g 设导轨摩擦系数 0.1 则摩擦力：f 0.1 10 9.8 9.8 N 惯性力: F1 M a 10 2.11 21.1 N 故：同步带上要有拉力 F F1+ f 21.19.8 30.9 N 选择同步带直径和步进电机细分数m 设同步带直径30 mm 周长为C3.14 3.14 30 94.2 mm 核算定位精度：脉冲当量 C

34、/ (200 m) C / (200 0.05)= 94.2 / (200 0.05) = 9.42 核算最大转速：nmax Vmax/ C 0.211 / (94.2/1000) 2.24 r/s 第2级主动轮直径仍取：3 30 mm； 第1级主动轮直径取：1 25 mm； 减速比取：i 1 ：3； 显然，细分数太大，最大转速太低。 但是，同步带直径也不可能小2倍，所以只能增加一级减速 则第1级从动轮直径为取：275 mm； 电机最大转速为： 驱动器细分数： 故，取4细分就很合适了。 实际脉冲当量： 计算电机力矩，选择电机型号 第2级主动轮上的力矩：T2F3 / 2 第1级主动轮上，即电机轴

35、上的力矩：T1T2 i F 3 / 2 i = 0.155 Nm 由于没有考虑同步带的效率、导轨和滑块装配误差造成的摩擦、同步带 轮的摩擦和转动惯量等因素，同时，步进电机在高速时扭矩要大幅度下 降；所以，取安全系数为3比较保险。 故，电机力矩To0.155 3 0.465 Nm )/(72. 6/3 maxmax srCVn 14. 3)/05. 0200/(iCm mmimC04. 0)/200/( 步进驱动系统的常见问题步进驱动系统的常见问题 1、什么是步进电机？在何种情况下该使用步进电机？ 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器 接收到一个脉冲信号，它就驱

36、动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进 角）。 您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可 以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达调速的目的。因此在需 要准确定位或调速控制时均可考虑使用步进电机。 2、步进电机分哪几种？有什么区别？ 步进电机分三种：永磁式（），反应式（）和混合式（） 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度； 反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动 都很大。在欧美等发达国家年代已被淘汰。 混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相四相和五相：两相 步

37、进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。 3、什么是保持转矩(HOLDING TORQUE）？ 保持转矩（)是指步进电机通电但没有转动时，定 子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩 接近保持转矩。保持转矩越大则电机带负载能力越强。由于步进电机的输出力矩随速 度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量 步进电机重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况 下是指保持转矩为2N.m的步进电机。 4、步进电机的驱动方式有几种？ 一般来说，步进电机有恒压，恒流驱动两种，恒压

38、驱动已近淘汰，目前普遍使用 恒流驱动。 5、步进电机精度为多少？是否累积？ 一般步进电机的精度为步进角的3-5%。步进电机单步的偏差并不会影响到下一步 的精度因此步进电机精度不累积。 6、步进电机的外表温度允许达到多少？ 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降甚至于丢失。 因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来说，磁性 材料的退磁点都在摄氏度以上，因此步进电机外表温度在摄氏度完 全正常。 7、为什么步进电机的力矩会随转速升高而下降？ 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反 向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（

39、或速度）的增大而相电流减小，从而导 致力矩下降。 8、为什么步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫 声? 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启 动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。 在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有 加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速 升到高速）。我们建议空载启动频率选定为电机运转一圈所需脉冲数的倍。 9、如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声？ 步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的

40、缺点，一般可采用以下方案来克服： A、如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比提高步进电机运行速度。 、采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的，最简便的方法。因为细分型驱动器 电机的相电流变流较半步型平缓。 、换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机，或两相细分型步进电机。 、换成直流或交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高。 、在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。 10、细分驱动器的细分数是否能代表精度？ 步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是 减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比 如对于步进角为1.8度的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为，那么 电机的运转分辨率为每个脉冲0.45度，电机的精度能否达到或接近0.45度，还取决于细分 驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分 数越大精度越难控制。 11、四相驱动合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别？ 四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可