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泛的应用。1.5 步进电机的驱动电源

步进电机的驱动电源与步进电机是一个相互联系的整体，步进电机的性能是由电机和驱动电源共同确定的，因此步进电机的驱动电源在步进电机中占有相当重要的位置。

1.5.1 对驱动电源的基本要求

步进电机的驱动电源应满足下述要求。

①驱动电源的相数、通电方式、电压和电流都应满足步进电机的控制要求。摩擦力矩也可能会相应增大，转子就跟不上磁场变化的速度，后因超出动稳定区而失步或产生振荡，从而限制高连续运行的频率。

④启动矩频特性。在一定负载转矩下，电机不失步地正常启动所能加的高控制脉冲频率，称为启动频率（也称突跳频率）。它的大小与电机本身的参数、负载转矩、转动惯量及电源条件等因素有关，它是衡量步进电机快速性的重要技术指标。随着步进电机转动部分转动惯量J的增大，在一定脉冲周期内转子加速过程将变慢，因而难趋向平衡位置。而要步进电机启动，也需要较长的脉冲周期使电机加速，即要求降低脉冲频率。所以随着电机轴上转动惯量的增加，启动频率也是下降的。启动频率fst随转动惯量增大而下降。

要提高启动频率，可从以下几方面考虑：增加电机的相数、运行的拍数和转子的齿数；增大大的静转矩；减小电机的负载和转动惯量；减小电路的时间常数；减小步进电机内部或外部的阻尼转矩等。1.4 步进电机的主要性能指标

大静转矩Tmax是指在规定的通电相数下矩角特性上的转矩大值。通常在技术数据中所规定的大静转矩是指一相绕组通以额定电流时的大转矩值。

矩的大小可把步进电机分为伺服步进电机和功率步进电机。伺服步进电机的输出转矩较小，有时需要经过液压力矩放大器或伺服功率发电系统放大后再去带动负载。而功率步进电机大静转矩一般大于4.9N·m，它不需要力矩放大装置就能直接带动负载，从而大大简化了系统，提高了传动的精度。

步距角是指步进电机在一个电脉冲作用下（即改变一次通电方式，通常又称一拍）转子

步进电机在启动时，转子要从静止状态开始加速，电机的磁阻转矩除了克服负载转矩之外，还要克服轴上的惯性转矩。所以启动时电机的负担比连续运转时要大。当启动时脉冲频率过高，转子的运动速度跟不上定子磁场的变化，转子就要落后稳定平衡位置一个角度。当落后的角度使转子的位置在动稳定区之外时，步进电机就要失步或振荡，电机便无法启动。为此，对启动频率就要有一定的限制。电机一旦启动后，如果再逐渐升高脉冲频率，由于这时转子的角加速度较小，惯性转矩不大，因此电机仍能升速。显然，连续运行频率要比启动频率高。

当电机带着一定的负载转矩启动时，作用在电机转子上的加速转矩为磁阻转矩与负载转矩之差。负载转矩越大，加速转矩就越小，电机就越不容易启动，其启动的脉冲频率就应该越低。在给定驱动电源的条件下，负载转动惯量J一定时，启动频率fst与负载转矩TL的关系），称为启动矩频特性，可以看出，随着负载转矩的增加，其启动频率是下降的。所以启动矩频特性是一条呈下降的曲线。步进电机铁芯中的涡流迅速增加，其热损耗和阻转矩使输出功率和动态转矩下降。

当控制脉冲的频率比前一种高，脉冲持续的时间比转子衰减振荡的时间短，当转子还未稳定在平衡位置时，下一个控制脉冲就到来了。若控制脉冲的频率等于或接近步进电机的振荡频率，电机就会出现强烈振荡，甚至会出现无论经过多少通电循环，转子始终处在原来的位置不动或来回振荡的情况，此时电机完全失控，这个现象叫低频共振。可见，在无阻尼低

 无阻尼时转子的自由振荡

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机转子振荡现象。前面的分析认为当电机绕组改变通电状态后，转子单调地趋向平衡位置。但实际上步进电机在步进运行状态，即通电脉冲的间隔时间大于其机电过渡过程所需的时间时，由于转子有惯性，它要经过一个振荡过程后才能稳定在平衡位置。这种情况，可通过加以说明。

步进电机空载，开始时A相控制绕组通电，转子处在失调角θ＝0的位置。当改变为B相控制绕组通电时，B相定子齿轴线与转子齿轴线错开角，矩角特性向前移动了一个步距角θse，在磁阻转矩的作用下，转子将由a点加速趋向新的初始平衡位置的b点（即B相定子齿轴线与转子齿轴线重合的位置）做步进运动，到达b点时，磁阻转矩为零，但速度并不为

 步进电机的动态特性显然，步距角越小，动稳定区越接近静稳定区。

动稳定区的边界点到初始稳定平衡位置点的区域称为裕量角（又称稳定裕度）。裕量角越大，步进电机运行越稳定。它的值趋于零，步进电机就不能稳定工作，也就没有带负载的能力，裕量角用电角度表示为

式中，为用电角度表示的步距角。

通电状态系数C＝1时，正常结构的反应式步进电机的相数m少必须为3，由上式可知，步进电机的相数越多，步距角就越小，相应的裕量角（稳定裕度）越大，运行的稳定性也越好。

②大负载能力（启动转矩）。步进电机在步进运行时所能带动的大负载可由相邻两条矩角特性交点所对应的电磁转矩Tst来确定。

设步进电机带恒定负载，可以看出，当负载转矩为TL1，且TL1<