步进电动机基本原理实验 （一）实验目的 1.了解步进电动机的基本结构和工作原理； 2.掌握步进电机驱动程序的设计方法； 3.掌握步进电动机速度调节、方向控制技术； 4.了解步进电动机的各项基本参数对电机运行的影 响； 5.熟悉 DRLab 实验室的操作方法 （二）实验仪器设 1.DRVI/DRLink 可重组虚拟仪器和计算机控制平台 2.电机运动控制系统 3.计算机 4.打印机 （三）实验原理 ● 当某一相绕阻通电时，对应的磁极产生磁场，并 与转子形成磁路，这时，如果定 子和转子的小齿没有对齐，在磁场的作用下，由于磁 通具有力图走磁阻小路径的特 点，转子将转动一定的角度，使转子与定子的齿相互 对齐，由此可见，错齿是促使电 机旋转的原因。 ● 步进电动机又称为脉冲电机，它能将电脉冲转换 为相应的角位直线位移 。步进电 动机定子绕组的通电状态每改变一次，转子转一个确 定的角度，为步进电动机的步距 角 α。它与定子绕组的相数 m、转子的齿数 z、步进电机通电 方式 k 有关，可用下式表示： ● 从图 1 所示， 进步电机以四相单四拍方式正转时， 按 A→B→C→D 次序通电。步进电 动机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转 的速度越快，即通电状态的变化 频率越高，转子的转速越高 。 图 1 进步电机四相单四拍式绕组通电方式 ● 四相步进电动机以四相单四拍（a）、步进电机四相双四拍 (b)、四相八拍(c) 方式工作时 的脉冲分配表 ● 步进电动机的自锁功能是指若某一相一直通直 流电时，则电机可以保持在固定的 位置上实现停车时转子定位 ● 运动控制实验台由运动控制卡、 步进电机、 直流 电机、涡轮涡杆机构、光电限位 器、步进电机转速测量传感器、直线位移标尺和位移测量装置 构成。可完成步进电机控制、直 流电机控制、转速测量、位移及负载效应测量、PI 及 PID 调节等实验内容。步进电动机 的型号为 42BYGH107，为 4 相电机。如图 2 所示： （四）实验内容及步骤 A.步进电机运行速度调节实验：运行方式选择“连续 驱动”，驱动类型选择“四相单四拍”方式，脉冲间 隔选择范围 3～15ms，（由于步进电机的设计原因， 当脉冲间隔为 2ms 时，四相单四拍方式不能正常工 作。）选择 3ms，点“电机驱动”按钮，使步进电机 工作；再选择 6ms，并点“电机驱动”按钮，使步进 电机旋转，观察运行速度，此时的速度应比前一次的 速度低一半。步进电机若选择更长的时间间隔如 12ms，则可观 察到电机的运行速度明显降低。步进电机终止电机运行请在运 行方式中选择“停止保持”或“停止不保持”。 B.运行方向控制实验：运行方式选择“连续驱动”， 驱动类型选择“四相单四拍”方式，脉冲间隔选择 5ms，方向选择“正向驱动”， 点“电机驱动”按钮，使步进电机正向旋转；方向选 择“反向驱动”，点“电机驱动”按钮，使步进电机 反向旋转； C.步进电机的自锁实验： 运行方式选择“停止保持”， 其它参数不变，点“电机驱动”按钮。可以使步进电 机某相通电，处于“自锁”状态。此时，用手转动电 机的皮带轮，可以感到转动比较困难。 D.步进电机的步距角演示：运行方式选择“单步驱 动”， 点“电机驱动”按钮。 每点击一次“电机驱动” 按钮， 步进电机旋转一个角度， 这个角度就是步距角。 对于本实验台步距角为 1.8o。 （五）思 考 题 1.简述步进电机的速度调节和方向控制原理。步进电机 2.简述步进电机的四相八拍工作方式的优、缺点。 3.图 1 是四相单四拍方式的时序图，请画出四相双四 拍方式的时序图。 4.增加步进电动机的通电相数，对启动转矩有什么影 响？ 5.将通电频率增加会对步进电动机有什么影响？
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