动机的启动矩频特性曲线。由图可见，负载转矩越大，所允许的最大启动频率越小。选用步进电 动机时应使实际应用的启动频率与负载转矩所对应的启动工作点位于该曲线之下，才能保证步进 电动机不失步地正常启动。当同服系统要求步进电动机的运行频率高于最大允许启动频率时，可 先按较低的频率启动，然后按一定规律逐渐加速到运行频率。 (4)运行矩频特性步进电动机连续运行时所能接 受的最高频率称为最高工作频率，它与步距角一起决定 执行部件的最大运行速度。最高工作频率决定于负载惯 量」，还与定子相数、通电方式、控制电路的功率驱动 器等因素有关。图616是90BFO02型步进电动机的运 南面咖 行矩频特性曲线。由图可见，步进电动机的输出转矩 随运行频率的增加而减小，即高速时其负载能力变差， 图6-16运行矩频特性 这一特性是步进电动机应用范围受到限制的主要原因 之一。选用步进电动机时，应使实际应用的运行频率与负载转矩所对应的运行工作点位于运行矩 频特性之下，才能保证步进电动机不失步地正常运行。 (5)最大相电压和最大相电流分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压 和流过的最大电流。实际应用的相电压或相电流如果大于允许值，可能会导致步进电动机绕组被 击穿或因过热而烧毁，如果比允许值小很太多，步讲申动机的性能又不能充分发挥出来。因而识 计或选择步进电动机的驱动电源时，应充分考虑这两个电气参数 4、步进电动机的控制与驱动 步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配 频率可实现步进电动机的速度控制。因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。图617为 开环步进电动机控制系统框图，系统主要由环形分配器、功率驱动器、步进电动机等组成。 指令味冲 图6-17开环步进电动机控制系统框图 (1)环形分配步进电动机在一个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制 定的脉冲数，即可精确控制步进电动机转过的相应的角度。但步进电动机的各绕组必须按一定 的顺序通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的过程 称为环形脉冲分配。 实现环形分配的方法有两种。一种是计算机软件分配，采用查表或计算的方法使计算机的三 个输出引脚依次输出满足速度和方向要求的环形分配脉神信号。这种方法能充分利用计算机软件 资源，以减少硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲分配更显示出它的优点。但由于软件运行会占 用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度 11
11 动机的启动矩频特性曲线。由图可见，负载转矩越大，所允许的最大启动频率越小。选用步进电 动机时应使实际应用的启动频率与负载转矩所对应的启动工作点位于该曲线之下，才能保证步进 电动机不失步地正常启动。当伺服系统要求步进电动机的运行频率高于最大允许启动频率时，可 先按较低的频率启动，然后按一定规律逐渐加速到运行频率。 （4）运行矩频特性 步进电动机连续运行时所能接 受的最高频率称为最高工作频率，它与步距角一起决定 执行部件的最大运行速度。最高工作频率决定于负载惯 量 J，还与定子相数、通电方式、控制电路的功率驱动 器等因素有关。图 6-16 是 90BF002 型步进电动机的运 行矩频特性曲线。由图可见，步进电动机的输出转矩 随运行频率的增加而减小，即高速时其负载能力变差， 这一特性是步进电动机应用范围受到限制的主要原因 之一。选用步进电动机时，应使实际应用的运行频率与负载转矩所对应的运行工作点位于运行矩 频特性之下，才能保证步进电动机不失步地正常运行。 （5）最大相电压和最大相电流 分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压 和流过的最大电流。实际应用的相电压或相电流如果大于允许值，可能会导致步进电动机绕组被 击穿或因过热而烧毁，如果比允许值小得太多，步进电动机的性能又不能充分发挥出来。因而设 计或选择步进电动机的驱动电源时，应充分考虑这两个电气参数。 4、步进电动机的控制与驱动 步进电动机的电枢通断电次数和各相通电顺序决定了输出角位移和运动方向，控制脉冲分配 频率可实现步进电动机的速度控制。因此，步进电机控制系统一般采用开环控制方式。图6-17为 开环步进电动机控制系统框图，系统主要由环形分配器、功率驱动器、步进电动机等组成。 图 6-17 开环步进电动机控制系统框图 （1）环形分配 步进电动机在—个脉冲的作用下，转过一个相应的步距角，因而只要控制 一定的脉冲数，即可精确控制步进电动机转过的相应的角度。但步进电动机的各绕组必须按一定 的顺序通电才能正确工作，这种使电动机绕组的通断电顺序按输入脉冲的控制而循环变化的过程 称为环形脉冲分配。 实现环形分配的方法有两种。一种是计算机软件分配，采用查表或计算的方法使计算机的三 个输出引脚依次输出满足速度和方向要求的环形分配脉冲信号。这种方法能充分利用计算机软件 资源，以减少硬件成本，尤其是多相电动机的脉冲分配更显示出它的优点。但由于软件运行会占 用计算机的运行时间，因而会使插补运算的总时间增加，从而影响步进电动机的运行速度。 图 6-16 运行矩频特性
+1V 图6-18环形分配器CH250引脚图 另一种是硬件环形分配，采用数字电路搭建或专用的环形分配器件将连续的脉神信号经电路 处理后输出环形脉冲。采用数字电路搭建的环形分配器通常由分立元件（如触发器、逻辑门等 构成，特点是体积大、成本高、可靠性差。专用的环形分配器目前市面上有很多种，如CMOS电 路CH250即为三相步进电动机的专用环形分配器，它的引脚功能图及三相六拍线路图如图618 所示。这种方法的优点是使用方便，接口简单。 (2)功率驱动要使步进电动机能输出足够的啭矩以驱动负载工作，必须为步进电机提供 足够功率的控制信号，实现这一功能的电路称为步进电动机驱动电路。驱动电路实际上是一个功 率开关电路，其功能是将环形分配器的输出信号进行功率放大，得到步进电动机控制绕组所需要 的脉冲电流及所需要的脉冲波形。步进电动机的工作特性在很大程度上取决于功率驱动器的性能， 对每一相绕组来说，理想的功率驱动器应使通过绕组的电流脉冲尽量接近矩形波。但由于步进电 动机绕组有很大的电感，要做到这一点是有困难的。 常见的步进电动机驱动电路有三种： 1)单电源驱动电路这种电路采用单一电源供电，结构简单，成本低，但电流波形差，效 率低，输出力矩小，主要用于对速度要求不高的小型步进电动机的驱动，图6-19所示步进电动机 的一相绕组驱动电路（每相绕组的电路相同）， 当环形分配器的脉冲输入信号U,为低电平（逻辑0，约1V)时，虽然VT、VT2管都导通， 但只要适当选择R、R、R的阻值，使0（约为V),那么VT管就处于截止状态，该相饶 组断电。当输入信号U.为高电平3.6V(逻辑1)时。U>0(约为0.7V),VT管饱和导通，该 相绕组通电
12 图 6-18 环形分配器CH250 引脚图 另一种是硬件环形分配，采用数字电路搭建或专用的环形分配器件将连续的脉冲信号经电路 处理后输出环形脉冲。采用数字电路搭建的环形分配器通常由分立元件（如触发器、逻辑门等） 构成，特点是体积大、成本高、可靠性差。专用的环形分配器目前市面上有很多种，如 CMOS电 路 CH250 即为三相步进电动机的专用环形分配器，它的引脚功能图及三相六拍线路图如图 6-18 所示。这种方法的优点是使用方便，接口简单。 （2）功率驱动 要使步进电动机能输出足够的转矩以驱动负载工作，必须为步进电机提供 足够功率的控制信号，实现这一功能的电路称为步进电动机驱动电路。驱动电路实际上是一个功 率开关电路，其功能是将环形分配器的输出信号进行功率放大，得到步进电动机控制绕组所需要 的脉冲电流及所需要的脉冲波形。步进电动机的工作特性在很大程度上取决于功率驱动器的性能， 对每一相绕组来说，理想的功率驱动器应使通过绕组的电流脉冲尽量接近矩形波。但由于步进电 动机绕组有很大的电感，要做到这一点是有困难的。 常见的步进电动机驱动电路有三种： 1）单电源驱动电路 这种电路采用单一电源供电，结构简单，成本低，但电流波形差，效 率低，输出力矩小，主要用于对速度要求不高的小型步进电动机的驱动，图6-19所示步进电动机 的一相绕组驱动电路（每相绕组的电路相同）。 当环形分配器的脉冲输入信号 Uu 为低电平（逻辑0，约 1V）时，虽然 VT1、VT2管都导通， 但只要适当选择 Rl、R3、R5 的阻值，使 Ub3<0（约为-1V），那么 VT3管就处于截止状态，该相绕 组断电。当输入信号 Uu 为高电平 3.6V（逻辑 1）时。Ub3>0（约为 0.7V），VT3 管饱和导通，该 相绕组通电