;;任务1步进电动机及驱动电路;;1.步进电动机的工作原理
图5-1所示为三相反应式步进电动机的结构。它是由转子、定子及定子绕组组成。定子上有6个均布的磁极，直径方向相对的两个极上的线圈串联构成电动机的一相控制绕组。;图5-2三相反应式步进电动机的工作原理;如果先将电脉冲加到A相励磁绕组，B、C相不加电脉冲，A相磁极便产生磁场，在磁场力矩作用下，转子1、3两个齿与定子A相磁极对齐；如果将电脉冲加到B相励磁绕组，A、C相不加电脉冲，B相磁极便产生磁场，这时转子2、4两个齿与定子B相磁极靠得最近，转子便沿逆时针方向转过30°，使转子2、4两个齿与定子B相对齐；如果将电脉冲加到C相励磁绕组，A、B相不加电脉冲，C相磁极便产生磁场，这时转子1、3两个齿与定子C相磁极靠得最近，转子再沿逆时针方向转过30°，使转子1、3两个齿与定子C相对齐。;步进电动机定子绕组从一种通电状态换接到另一种通电状态称为一拍，每拍转子转过的角度称为步距角。上述通电方式称为三相单三拍，即三相励磁绕组依次单独通电运行，换相三次完成一个通电循环。通常采用三相双三拍控制方式，即AB→BC→CA→AB→……或AC→CB→BA→AC→……的顺序通电，定位精度增高且不易失步。如果步进电动机按照A→AB→B→BC→C→CA→A→……或A→AC→C→CB→B→BA→A→……的顺序通电，根据其原理图分析可知，其步距角比三相三拍工作方式减小一半，这种方式称为三相六拍工作方式。综上所述，步距角按下式计算：
（5-1）;式中，α为步距角；m为电动机相数；z为转子齿数；k为通电方式系数，k＝拍数/相数。
从式（5-1）可知，电动机相数的多少受结构限制，减小步距角的主要方法是增加转子齿数z，电动机相邻两个极与极之间的夹角为60°，图5-2所示的转子只有4个齿，因此齿与齿之间的夹角为90°，经上述分析可知，当电动机以三相三拍方式工作时，步距角为30°；电动机以三相六拍方式工作时，步距角为15°。在一个循环过程中，即通电从A→……→A，转子正好转过一个齿间夹角。如果将转子齿数变为40个，转子齿间夹角为9°，那么当电动机以三相三拍方式工作时，步距角则为3°；以三相六拍方式工作时，步距角则为1.5°。通过改变定子绕组的通电顺序，就可改变电动机的旋转方向，实现机床运动部件进给方向的改变。;
步进电动机转子角位移的大小取决于来自CNC装置发出的电脉冲个数，其转速n取决于电脉冲频率f，即
（5-2）
式中，n为电动机转速，r/min；f为电脉冲频率，Hz。
综上所述，步进电动机的角位移大小与脉冲个数成正比，转速与脉冲频率方向取决于定子绕组的通电顺序。;2.步进电动机的主要特性
1）步距角α和步距误差Δα
步进电动机的步距角α是定子绕组的通电状态每改变一次，如A→B或A→AB，其转子转过的一个确定的角度。步距角越小，机床运动部件的位置精度越高。
步距误差Δα是指步进电动机运行时理论的步距角α与转子每一步实际的步距角α′之差，即Δα=α－α′。它直接影响执行部件的定位精度。步距误差主要由步进电动机齿距制造误差、定子和转子气隙不均匀、各相电磁转矩不均匀等因素造成。步进电动机连续走若干步时，步距误差的累积值称为步距的累积误差，因为步进电动机每转一转又恢复到原来位置，所以误差不会无限累积。伺服步进电动机的步距误差Δα一般为±（10′～15′），功率步电动机的步距误差Δα，一般为±（20′～25′）。;2）静态转矩和矩角特性
当步进电动机定子绕组处于某种通电状态时，如果在电动机轴上外加一个负载转矩，使转子按一定方向转过一个角度θ，那么转子所受的磁转矩M称为静态转矩，角度θ称为失调角。当外加转矩撤销时，转子在电磁转矩作用下回到定平衡点位置（θ=0）。用来描述静态转矩M与θ之间关系的曲线称为矩角特性，如图5-3所示。;3）最大起动转矩Mq
图5-4所示为三相单三拍的矩角特性曲线，图中的A、B分别是相邻A相和B相的静态特性曲线，它们的交点所对应的转矩Mq是步进电动机的最大起动转矩。;如果外加负载转矩大于Mq，电动机就不能起动。如图5-7所示，当A相通电时，若外加负载转矩MaMq，