第六章控制电机

1、第六章第六章 控制电机控制电机 第一节 伺服电动机 亦称执行电动机，它具有一种服从控制信号的要求而动作的职能，在信号来到之前，转子静止不动；信号来到之后，转子立即转动；当信号消失，转子能即时自行停转。 常用的伺服电动机有交流伺服电动机和直流伺服电动机两大类。 一、交流伺服电动机 （一）工作原理 为了讲解伺服电动机的工作原理，先简单讲述单相异步电动机的工作原理。 单相异步电动机的定子绕组由单相电源供电，定子上有一个或两个绕组。 单相正弦电流通过定子绕组时，产生交变脉动磁场。所谓脉动磁场就是空间位置固定，大小随时间变化的磁场。三相异步电动机转子转动的必要条件有哪些？单相异步电动机的定子绕组中有单相

2、正弦电流通过，各点磁感应强度按正弦规律分布，随电流在时间上作正弦交变，而交变脉动磁场可分成两个旋转磁场，它们以同一转速n0在相反的方向旋转（ ），它们的磁感应强度的幅值相等，且幅值大小为脉动磁场磁感应强度幅值 的一半。在t0时，两个旋转磁场的磁感应强度矢量 和 相反，其合成磁感应强度B0。到tt1时， 和 按相反方向各在空间转过 t1角，故合成磁感应强度：同样，在任意瞬时t：pfn1060mBmBmB mB mB1111sinsin22sinsintBtBtBtBBmmmm tBBmsin1111sinsin22sinsintBtBtBtBBmmmm tBBmsin如果转子是静止的，则分成的两

3、个转向相反的旋转磁场分别在转子中感应出大小相等、方向相反的电动势和电流，因此产生的转矩也大小相等，方向相反而互相抵消，即起动转矩为零。如果电动机的转子借助外力向任意方向以转速n开始转动，则与电动机转子转向相同的正向旋转磁场对转子的作用和三相异步电动机一样 且而反向旋转磁场与转子间的相对转速很大，转差率为：因此反向旋转磁场在转子中产生的感应电动势很大，电流的频率： 也很大，在此频率下，转子绕组（线圈）的感抗很大，由异步电动机电磁转矩的表达式： 因为感抗大，所以 很小，所以合成转矩的方向就是与转子转动相同的方向，这样转子就可继续转动。由此可知，要使单相异步电动机能持续不停地转动，首先因使电动机的转

4、子转动，如何使电动机的转子转动？22cosI00nnns12fsfsnsnnnnnnns 2)1 (00000011122)2(ffsfsf 221cosICMm在主绕组A之外另加一套辅助绕组B，两者在空间上相差90，当通入相位相差约90的两相电流时，也能产生旋转磁场，使电动机转动，当电动机达到额定转速时，再断开辅助绕组中的电源。产生90相位相差的电源的方法之一，是在辅助绕组中串入电容：由于单相异步电动机的转差率较大，因而其功率因素降低，加之作用了一个反向转矩，且产生磁通的磁感应强度的幅值 较小，因此，单相异步电动机的功率因素和效率都较低，主要制成功率为几百瓦的小型电动机。问题：三相异步电动机

5、断了一根电源线后，电动机是否能转动？交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，交流伺服电动机的工作原理与单相异步电动机相似，当它在系统中运行时，励磁绕组固定地接到电源上，控制电压为零时，气隙内磁场为脉振磁场，电动机无起动转矩，转子不转。若有控制电压加在控制绕组上，且控制绕组内流过的电流和励磁绕组内的电流不同相，相当于单相异步电动机的辅助绕组中通入了电流，在气隙内建立了一定大小的旋转磁场，因此电动机有了起动转矩，转子就旋转起来。 mB但随之出现的问题是，单相异步电动机开始转动后即使控制电路中的信号消失（即无控制电压，控制绕组中无电流），电动机仍将继续转动，这不符合“信号来到，转子立即转动；信

6、号消失，转子能即时自行停转。”的要求。单相异步电动机在正常运行时，正、反向机械特性以及合成机械特性见下左侧的图所示，因而不能满足上述要求解决的办法：增大转子电阻，根据前面所分析的异步电动机的机械特性，最大转矩所对应的临界转差率Sm随转子电阻的增加而变大当 时，也可写成 ， 则正、反向的机械特性必呈现S1，MMmax+， S-1，M-Mmax-，因此正、反向机械特性以及合成机械特性如下右侧的图0212xxr2021212)(xxrr 从合成的机械特性看出，当单相励磁时当单相励磁时， 在电动机运行范围内（0Sl）， 出现负转矩，从而产生制动转矩。 如果使交流伺服电动机的转子电 阻满足条件 ， 它在

7、系统中运行时，控制电压为 零，信号消失后，便出现负转矩， 转子能自行停转。所以为了克服自转现象，以防止误动作，必须将转子电阻设计为满足 但转子电阻不能过大，否则会降低交流伺服电动机的起动转矩，以致影响其适应性。 1212xxrsm1212xxr（二）结构特点伺服电动机转子的结构有笼型和杯形两种，因要求伺服电动机的动作灵敏，为了减小转子的转动惯量，笼型转子作得细而薄，杯形转子是用铝合金或铜合金等非磁性材料制成的空心薄壁圆筒。使用非磁性材料的原因是避免出现当定、转子的气隙不均匀时，转子被单边磁拉力“吸住”的现象。（三）控制方法除具有起动和停止的伺服性，还须具有转速的大小和方向的可控性。控制转动方向

8、的方法是改变控制电压Uk的相位180，因为假设若控制绕组内的电流原来为超前于励磁电流，相位改变了180，即变为滞后于励磁电流。由旋转磁场理论可知，旋转磁场的旋转方向是电流超前相的绕组转向滞后相的绕组，电动机的旋转方向也改变了。改变转速的大小是改变控制电压Uk的大小，由知，当Uk改变，则m改变（由 知），电动机的转速也随之改变。具体执行时是通过改变正转与反转旋转磁动势大小的比例来改变正转和反转电磁转矩的大小，从而达到改变合成电磁转矩和转速的目的。 11144. 4NXKfNE221cosICMM二、直流伺服电动机直流伺服电动机的结构与普通小型直流电动机相同，只是做得细长一些，以减小转动惯量。因其

9、功率不大，励磁部分可由永久磁铁制成，以省去励磁绕组。其励磁方式几乎只采取他励式（永磁式亦可认为是他励式）。直流伺服电动机的工作原理和普通直流电动机相同。只要在其励磁绕组中有电流通过且产生了磁通，当电枢绕组中通过电流时，这个电枢电流与磁通相互作用而产生转矩使伺服电动机转动。这两个绕组其中的一个断电时，电动机立即停转，它不像交流伺服电动机那样有“自转”现象。（一）控制方式 可利用改变电枢绕组端电压或改变励磁电流的方法进行调速。即可由励磁绕组励磁，用电枢绕组来进行控制；或由电枢绕组励磁，用励磁绕组来进行控制。两种控制方式的特性有所不同。以下可进行分析。因伺服电动机的功率一般较小，假定磁路不饱和，可不

10、计电枢反应。 1电枢控制时直流伺服电动机的特性 即将励磁绕组接于恒定电压为Uf的直流电源上（或用永久磁铁），使其中通过电流If以产生磁通。电枢绕组接控制电压Uk，即为控制绕组。控制绕组接到控制电压以后，电动机就转动，控制电压消失，电动机立即停转。电枢控制时，直流伺服电动机的机械特性和他励式直流电动机改变电枢电压时的人为机械特性一样，即Uk常数，Mf（n），其表达式为 式中：Ce电动机常数 CM转矩常数 ra电枢电阻 每极磁通 由于认为磁路是不饱和的，并 不计电枢反应，可得 或=CUf 式中 C比例常数nrCCrUCMaMeakM2ffUI规定控制电压Uk与励磁电压Uf之比值为信号系数，即 将及

11、=CUf 代入可得将控制电压等于励磁电压（即1）和电枢不动（即n0）时的转矩用MB表示，即将控制电压等于励磁电压时的理想空载（即M0）转速用nB表示，即由上面的分析式可得相对表达式由上式可以看到，当常数时，直流伺服电动机的机械特性，显然是线性的。上式还可变为：即 为常数时的调节特性 ，也呈线性变化。fKUUnrCCrUCMaMeakM2nrUCCCrUCCMafeMafM222afMBrUCCM2MBCCn1BBnnMMmmMMnnBB)(fnnBBMMm 从以上分析可得出，电枢控制式直流伺服电动机的机械特性和调节特性都是线性的（图中均为相对量，直观），并且特性的线性关系与电枢电阻无关，因而其

12、特性曲线簇是一组平行线。另外，由于励磁绕组进行励磁时，所消耗的功率较小，并且电枢电路的电感小，时间常数小，响应迅速，所以直流伺服电动机多采用电枢控制方式。 2磁场控制时直流伺服电动机的特性 此时的机械特性方程为： 其中 而机械特性和调节特性相对值的表达式分别为：nrUCCCrUCCMafeMafM2222KUCBBnnMMm222mMMnnBB机械特性和调节特性相对值的图形如下：由图知，当1时，磁场控制的机械特性较为平坦，也就是说，在转速变化比较大时，转矩变化较小。磁场控制时的调节特性不是线性的，而且在mMMB00.5范围内不是单值函数，每个转速时应有两个信号系数，这是磁场控制最严重的缺点。因

13、此直流伺服电动机较少采用磁场控制的方式。 第二节第二节 测速发电机测速发电机 测速发电机把机械转速变为电压信号，输出的电压与转速成正比关系，在自动控制系统和计算装置中作检测元件、解算元件、角速度信号元件等。 测速发电机也可分为直流和交流两大类。 一、直流测速发电机 与直流伺服电动机类似，有电磁式直流测速发电机，即微型他励直流发电机；和永磁式直流测速发电机，即磁极为永久磁铁的微型直流发电机这两种型式。 直流测速发电机结构与原理都与直流发电机相同。 当每极磁通为常数时，发电机的电动势为： 若负载电阻为R，其输出电压为 即 nCEeaaaaaaRRUERIEUCnnRRCRREUaeaa11 由式

14、知 输出电压U与转速n成正比，负载时 UEa，空载时R， UEa 。 UCn为直线，如右图，其中曲线1 为空载时的输出特性，曲线2为负载 时的输出特性。 当负载电阻R一定时，若转速较高，则U、Ia都较大，电枢反应产生去磁作用使磁通减小，输出电压U相应要降低，输出特性由直线2变成了曲线3。这对测速计算不利，所以使用直流测速发电机时，转速范围不要太大，且负载电阻不能太小（因为R太小则Ia增大，去磁作用增强）。电磁式直流测速发电机可以通过安装补偿绕组改善其性能。 它的技术参数中列有最小负载电阻和最高转速等项目。 但转速太低时由于电刷接触压降的影响，也存在着失灵区。 CnnRRCRREUaeaa11

15、由于直流测速发电机存在上述缺点，因而又有 二、交流测速发电机 只简单讲述应用广泛的是空心杯转子异步测速发电机。 1.结构 同杯形转子伺服电动机。 其定子上有两相互相垂直的分布绕组，其中一相为励磁绕组，另一相为输出绕组。杯形转子可视作由无数并联的导体组成，和鼠笼转子一样。 在测速发电机静止时，励磁绕组接到交流电源上，在励磁绕组的轴线上产生一个交变脉动磁通d，由于这脉动磁通与输出绕组的轴线垂直，故输出绕组中并无感应电动势，输出电压为零。当测速发电机由被测转动轴驱动而旋转时，转子切割纵轴磁通产生电动势Er，其方向用右手定则确定，因而Er在转子中产生的电流就建立了横轴方向的磁动势Frq，该磁动势切割输

16、出绕组时即产生感应电动势E2。这样就有电压： 输出。因励磁绕组纵向脉动磁通为d，由变压器原理，磁通所产生的电动势也即U1正比于d 。由电磁定理，导条切割电动势的大小，与导条所在处的磁密大小、与导条和磁密的相对切割速度成正比。即 如果忽略转子漏阻抗中的漏电抗，而认为只有电阻存在。则切割电动势Er在转子中产生的电流，与电动势Er本身同方向、同相位，该电流建立的磁动势在横轴方向建立的磁动势Frq 的大小正比于Er，即忽略励磁绕组漏阻抗时，U1E1，只要电源电压U1不变，纵轴磁通d为常数，测速发电机输出电动势E2和输出电压U2都与发电机转速n成正比。转动方向改变后， E2的相位也改变180。 2222

17、RIEUdfNE1144. 4nEdrnEFdrrq 因此转速信号就转换为电压 信号。 其输出特性曲线见右图。 测速发电机不采用笼型转子， 而采用电阻率高的非磁性空 心杯转子，以减小其阻抗角2，满足输出特性的 线性要求。 第四节第四节 自整角机自整角机 自整角机用于同步连接系统中。最简单的同步连接系统由一台发送机和一台接收机组成，两机之间用导线连接起来。当发送机的转子转动任一角度，则接收机的转子也将跟着转过同一角度，故称为自整角机。 自整角机在遥控及随动系统等自动装置中应用广泛。 一、三相自整角机 将两台相同的三相绕线式异步电动机和的定子绕组接到同一电网、转子绕组也对应地连接在一起即成。 当两

18、电动机的转子具有相同的空间位置时，它们的转子电动势 和 互相平衡。若取两电动机转子的电动势、电流正方向如图中箭头所示，则得 I20，故两电动机转子中没有电流，从而没有电磁转矩，两电动机转子处于静止状态。 2E2E022EE 设电动机的转子被堵住不动，用外力将的转子顺着旋转磁场的转向转过一电角度，相量 的位置应也滞后一个角，因而旋转磁场的波幅到达转子绕组轴线的时刻要延迟相当于转角度所需要的时间。可得其相量图，从图见，这时两电动机转子绕组构成的回路存在着合成电动势 ，而产生的转子电流 I2滞后于 的角度2为： 2E222EEE)()(222222222jxrjxrEZZEI2E22222rrxxt

19、g 对于式 由于两电动机的转子漏抗 远大于它们的电阻 故290于是可画出其相量图 ，从图可见，这时I2与 间的夹角290，但I2与 间的夹角2 90。 由电磁转矩公式 （参见P63 、P64 ），可得此时两电动机的转子所受到的电磁转矩为：22222rrxxtg22xx22rr2E2E221cosICMMamMmMICICM222cosamMmMICICM222cos M为负值说明电动机的转子受到的电磁转矩的实际方向与旋转磁场的转向相反。这时如果将使转子转过角的外力除去，则在M的作用下，转子将自动地沿M方向转过一个角而回到原来的位置，即使0，以保持和电动机的转子一样的空间位置。 M为正值则说明电

20、动机的转子受到的电磁转矩方向与旋转磁场的转向相同。因此，如果把原来堵住转子的外力除去，则在M的作用下，电动机的转子将自动地转过一个角，以使它保持与电动机的转子相同的空间位置。 三相自整角机需要三相电源，有时不很方便。因此，可将两电动机定子的一个单相绕组接到共同的电网，但两电动机的转子则仍为三相绕组，并彼此对应地连接在一起。这样就成为单相自整角机。 第五节第五节 步进电动机步进电动机 一、用途和基本要求 步进电动机也被称为脉冲电动机，是一种将输入脉冲信号转换成输出轴的角位移（或直线位移）的执行元件。这种电动机每输入一个脉冲信号，输出轴便转过一个固定的角度，即向前迈进了一步。因而，输出轴转过的总角

21、度是与输入脉冲数成正比的，而输出轴的转速则是与脉冲频率成正比的。 因此，既可方便地控制转动的角度，又可方便地控制转速。 因而步进电动机在数控系统中得到了广泛的应用。 机床数控系统示意 有了机床数控系统后，在机床工作时，先要根据加工要求编好程序，数控装置按照所运行程序的数据和指令，经过运算发出脉冲信号，驱动电源则将脉冲信号放大，并以一定方式供给步进电动机，使其转过一定的角度，从而直接或通过液压放大元件（液压马达）带动丝杠系统，使工作台以一定的速度移动一定的距离，以完成自动加工任务。 步进电动机的重要名称有： 步距角：每输入一个脉冲信号，输出轴所转过的角度s。齿距角：转子相邻两齿中心线之间的夹角z

22、。选用步进式电动机时应注意：步距角要小，精度要高，这样才能使工作台的位移量小且均匀；允许的工作频率高，这样才能动作迅速，提高生产率。 按工作方式的不同，步进电动机可分为功率式和伺服式两种。前者的输出转矩较大，能直接带动较大的负载；后者的输出转矩较小，只能直接带动较小的负载，对于大负载需通过液压放大元件来传动。按其它方式分类，有反应式、永磁式和永磁感应子式等。这些不同类型步进电动机只是产生电磁转矩的原理不同，其动作过程基本上是相同。目前反应式步进电动机用得最多。 二、步进电动机的作用原理和基本结构 以三相反应式步进电动机为例。 因为使用的是交流电源，所以 定子和转子都用硅钢片叠成。 定子上有六个

23、极，其上装有线 圈，若相对两个极上的线圈串 联起来组成三个独立的绕组（绕 组的终端连在一起，与星形负载 接法类似），则称为三相绕组， 独立绕组数称为步进电动机的 相数m。m还可以为2、4、5、6 等。右图中的转子有四个极或称四个齿，Z4，其上无绕组，本身亦无磁性。 该步进电动机即为三相六极反应式步进电动机，工作时，驱动电源将脉冲信号电压按一定的顺序轮流加到定子三相绕组上。按其通电顺序的不同，三相六极反应式步进电动机有三种运行方式。 1三相单三拍运行方式“三相”指三相步进电动机，“单”指每次只有一相绕组通电，“三拍”指通电三次完成一个通电循环。即按UVWU或相反的顺序通电。当U相绕组单独通电时，

24、电机内建立以UU为轴线的磁场，电机内会产生反应转矩（磁阻转矩），该转矩力图使转子处于磁阻最小（或磁导最大）的位置这样就使转子将从前一步的位置转到齿1、3与定子UU极对齐的位置。当U相绕组断电，V相绕组单独通电时，又会建立以VV为轴线的磁场，靠近V相的转子齿2、4将转到与VV极对齐的位置。同理，当V相绕组断电，而W相绕组单独通电时，靠近W相的转子齿3、l将转到与WW极对齐的位置。以后重复上述过程。可见，当三相绕组按UVWU的顺序通电时，转子将顺时针方向旋转。通电一个循环，磁场在空间旋转了360，转子只转过了90，即一个齿距角z。 由此可见，齿距角z与转子齿数z之间的关系为 在单三拍运行时，在一相

25、通电的过程中，转子转过了90，因此步距角s只有齿距角的三分之一。即 2三相双三拍运行方式同样，“三相”指三相步进电动机，“双”指每次有两相绕组通电，“三拍”指通电三次完成一个通电循环。这种运行方式是按UVVWWUUV或相反的顺序通电的，即每次同时给两相绕组通电。当U、V两相绕组同时通电时，建立下图所示的磁场，由于U、V两相的磁极对转子齿都有吸引力，故转子将转到图示位置；而当U相绕组断电，V、W两相绕组同时通电，以及V相绕组断电，W、U两相绕组同时通电时，转子将按顺时针方向旋转到不同的位置，但通电一个循环，磁场在空间旋转了360，而转子也只转了一个齿距角。双三拍运行时，步距角仍等于齿距角的三分之

26、一，即s30。 zz3603039031zs3三相单、双六拍运行方式这种运行方式是按UUVVVWWWUU或相反顺序通电的，即需要六拍才完成一个循环。当各相绕组单独通电时，转子的位置同三相单三拍运行方式，当两相绕组同时通电时，转子的位置同三相双三拍运行方式。所以采用这种运行方式时，经过六拍即完成一个循环，磁场在空间旋转了360，转子仍只转了一个齿距角，但步距角却因拍数增加一倍而减小到齿距角的六分之一，即等于15。 其它的还有多种运行方式，如四相步进电动机有： 四相单四拍 UVWXU； 四相双四拍 UVVWWXXUUV； 和四相八拍 UUVVVWWWXXXUU或者 UVUVWVWVWXWXWXUX

27、UXUVUV等。 还有考虑的一个问题是停车，这就是反应式步进电动机在脉冲信号停止输入时，转子不再受到定子磁场的作用力，转子将因惯性而可能继续转过某一角度，因此必须解决停车时的转子定位问题。反应式步进电动机一般是在最后一个脉冲停止时，在该绕组中继续通以直流电，即采用带电定位的方法。永磁式步进电动机因转子本身有磁性，可以实现自动定位，不需采用带电定位的方法。 通过上面的讨论可知，无论采用何种运行方式，步距角s与转子齿数z及拍数N之间存在关系： 说明转子每转动一个步距角相当于转了1/(zN)圈，若拍数的频率即脉冲频率为f，则转子每秒钟就转了f/(zN)圈，故转子每分钟转速为 zNs360zNfn60

28、 为了提高控制精度，就要减小 步距角，由步距角的表达式： 要减小步距角，一是增加相数（即增加了拍数），二是增加转子的齿数。而增加相数和拍数，将使驱动电源变得复杂，所以较好的解决方法是增加转子的齿数。但转子的齿数不是任意的，每一极下的齿数不应是整数，而需差1/m个齿（ m为相数），以实现错位，否则就没有产生步进运动的能力。这样每极下的齿数就是z/(2p)K1/m，其中K为整数，p为磁极对数。如前面分析的三相六极步进电动机，2p6，每极下的齿数为z/(2p)4/6 11/3。因V相磁极与U相磁极间隔一个磁极，其间包含的齿数为(11/3)211/3。所以当U相磁极轴线与转子的 齿1、3对齐时，V相磁

29、极 轴线领先转子齿2、4的轴 线1/3个齿距。这样当U相 断电而V相绕组通电时， 在反应转矩的作用下， 转过1/3个齿距，使齿2、4 的轴线与V相磁极的轴线对齐。转子才能继续转动。zNs360 由式： 当齿数增加到40齿， 即z40，当采用单三拍和双三拍方式运行时，步距角 采用六拍方式运行时， zNs3603340360360zNs5 . 1640360360zNs 三、步进电动机的运行特性 由于步进电动机的控制精度要求很高，仅有以上所讨论的特性还不能满足使用要求，步进电动机的转子还必须满足起始及停车位置的精度要求。 1静态运行特性 步进电动机在不改变定子绕组的通电状态（通电的幅值、方向不变）

30、，即一相或几相绕组通直流电流时的运行状态称为静态运行状态。它也就是步进电动机在输入控制脉冲信号之前的初始状态。静态运行特性主要是指这种状态下的转矩与转角之间的关系，简称矩角特性。 主要是控制初始位置，即步进电动机在通电后是否能停在预定的初始位置。 下面要用的几个概念： 转矩：步进电动机的电磁转矩。 初始平衡位置或零位：转子在空载时的位置。 转角：转子偏离零位后的角度，通常称为失调角。 当转子处于零位，即失调角0时，转子齿l、3只受到径向力的作用，不会产生转矩。由受力分析知，当转子转过了二分之一齿距角，即z/2时，由于转子齿l、4和2、3分别受到磁极U和U大小相等、方向不同的吸力，转矩仍等于零。

31、只有当失调角z/4时，转矩最大，该转矩即为最大静转矩。它是步进电动机的重要技术数据之一。 规定与转子正常工作时的步进方向一致的转子和失调角为正，反之为负，则矩角特性曲线见下，当转子在外力（如惯性力等）作用下偏离零位时，只要失调角在z/2z/2的范围之内，转矩总是与失调角的方向相反。在外力除去后，转子在转矩的作用下仍能自动回到零位。但是，如果失调角超出这个范围，外力除去后，转子不可能自动回到零位。因此，这一区间称为静稳定区。而每一个通电相，每一个平衡位置，都有其对应的静态稳定区。 多相通电时，矩角特性的波形与单相通电时相同，但最大静转矩增加了。其数值可以由多个一相通电时的矩角特性叠加（矢量和）求

32、得。所以多相通电时，步进电动机的稳定区增大。下图中的2/zm为两个一相距角特性相差的机械角。转子每转过一个齿距角，即转过2/z个机械角时，转矩却变化了一个周期，相当于正弦曲线变化了2个电角度。因此，转子转过2/zm个机械角相当于正弦曲线变化了2/m个电角度。利用相量相加的方法求正弦量的和，可得两相和三相通电时的最大静转矩与一相通电时最大静转矩的关系为： maxmax2cos2MmMmaxmax3cos21MmM2步进运行特性当步进电动机在输入脉冲频率很低时，转子每走完一步，运行已经停止后，下一个脉冲才到来的这种运行状态称为步进运行状态。步进运行特性主要是研究这种状态下的矩角特性。当转子走完一步

33、停下后，下一个脉冲到来时步进电动机是否一定能继续转动？当U相通电时，矩角特性为曲线1，零位在Oa点。当U相断电，V相通电时，矩角特性将右移一个步距角s，为曲线2，新的零位在Ob点。可分为三种情况考虑（1）电动机空载（M0）时，在通电状态改变的瞬间，工作点将由曲线l上的Oa经曲线2上的点b跃变到Ob点。由于这时的转矩大于零，转子在电磁转矩的作用下将向增加的方向运动，直到达到新的零位Ob（M0） ，电动机能顺利地转动。 （2）如果步进电动机带有负载ML1，通电状态改变的瞬间，对曲线2来说，电磁转矩从大变小，工作点将由曲线l上的a1点经曲线2上的b1点跃变到b1点，电动机也能顺利地转动。 （3）如果

34、步进电动机带有负载ML2 ，通电状态改变的瞬间，对曲线2来说，此时的电磁转矩小于负载转矩ML2 ，要求电磁转矩从小变大，显然是不可能的，因此，电动机不能顺利地转动。所以步进电动机作步进运动（一般转速很低时，而在转速较高时惯性可克服一部分起动负载）时所能带动的最大负载应不大于曲线l、2交点处对应的转矩Ms。这个由相邻矩角特性交点所确定的转矩值称为最大负载转矩或起动转矩，亦称步进转矩。步距角越小， 则Ms越大， Ms越接近于Mmax（见右下图）。选用步进电动机或设计类似结构时应注意。 3连续运行特性输入脉冲频率很高，步进电动机的转子已不是一步一步地作步进运动，而是作连续的旋转运动，这种状态称为连续

35、运行状态。连续运行特性主要是研究在这种运行状态下的矩角特性、矩频特性和惯频特性。 在理想的运行情况下，由U相绕组通电改为V相绕组通电时，矩角特性应由曲线1移至曲线2，空载时，从曲线l上的Oa点b跃变到Ob点。当输入脉冲频率较高时，转子尚未走完前一步，下一个脉冲就已经到来。在空载时，通电状态改变的瞬间，转子并不是处于Oa位置，而是有一个失调角。如果失调角满足在b1 b2，通电后，在电磁转矩的作用下，转子仍能回到曲线2的平衡位置Ob（因为是空载），这时转子仍然能够向前转动。如果失调角超出了这一范围，则转子就趋向前一齿或后一齿的平衡点。例如b1，那么在通电状态改变后，转子不但不会向前运动，反而会向后

36、倒退，从而离开正确的平衡点。所以b1 b2即ss，即为步进电动机空载时，从一种通电状态改变为另一种通电状态，转子能不失步地向前运动的区域，称为空载时的动稳定区。其中0a b2这一段区间很长，电动机工作时，从右边超出动稳定区的可能性不大，主要考虑从左边超出动稳定区，b10a ，即s0这一区间越长，说明电动机空载时，在通电状态改变的瞬间，转子能不失步地运动所允许偏离原零位的角度越大，称为稳定裕量。步距角越小，动稳定区越接近静稳定区，稳定裕量越大，稳定性就越好。步进电动机在连续运行状态下所能带动的负载转矩还与脉冲频率有关。对应于一定的负载条件，步进电动机有一个相应的能正常工作的最高工作频率。这是因为在加上脉冲电压时，定子绕组中的电流不能跃变，其增长要耗用一定的时间，