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三相步进电机单相、两相通电时的矩角特性其转矩向量图可见对于三相步进电机，两相通电时的大静转矩值与单相通电时的大静转矩值相等。也就是说，对于三相步进电机而言，不能依靠增加通电相数来提高转矩，这是三相步进电机的一个很大的缺点。但是，多相步进电机可以提高转矩，下面以五相步进电机为例进行分析。

三相步进电机单相、两相通电时的转矩

按照叠加原理，也可以作出五相步进电机采用单相、两相、三相通电时矩角特性的波形图和向量图，分别如图

两相和三相通电时，矩角特性相对于A相矩角特性分别移动了2π/10电角度（36°）及2π/5电角度（72°），二者的大静转矩值相等，而且都比一相通电时大。因

（2）多相通电时

在分析步进电机动态运行时，不仅要知道某一相控制绕组通电时的矩角特性，而且要知道整个运行过程中，各相控制绕组通电状态下的矩角特性，即矩角特性簇。

一般来说，多相通电时的矩角特性和大静态转矩与单相通电时不同，按照叠加原理，多相通电时的矩角特性近似地可以由每相各自通电时的矩角特性叠加起来求得。

以三相步进电机采用三相单三拍通电方式为例，若将失调角的坐标轴统一取在A相磁极的轴线上，显然A相控制绕组通电时矩角特性的曲线A所示，稳定平衡点为点；B相通电时，转子转过1/3齿距，相当于转过2π/3电角度，它的稳定平衡点为OB点，矩角特性同理，C相通电时矩角特性这三条曲线就构成了三相单三拍通电方式时的矩角特性簇。矩角特性簇中的每一条曲线依次错开一个用电角度表示的步距角“-”表示磁阻转矩的性质是阻止失调角增加的；Tmax＝KII2是时，产生的大静态转矩，它与磁路结构、绕组匝数和通入的电流大小等因素有关。

下面进一步说明矩角特性的性质，在矩角特性上，是理想的稳定平衡位置。因为此时若有外力矩干扰使转子偏离它的平衡位置，只要偏离的角度在之间，一旦干扰消失，电机的转子在静转矩的作用下，将自动恢复到的位置，从而消除失调角。当时，虽然此时也等于零，但是如果有外力矩的干扰使转子偏离该位置，当干扰消失时，转子回不到原来的位置，而是在静转矩的作用下，转子将稳定到的位置上，所以为不平衡位置。的区域称为静稳定区，在这一区域内，当转子转轴上的负载转矩与静转矩相平衡时，转子能稳定在某一位置；当负载转矩消失，转子又能回到初始稳定平衡

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位置。

步进电机矩角特性曲线上的静态转矩大值表示步进电机承受负载的能力，它与步进电机很多特性的优劣有直接关系。因此静态转矩大值是步进电机主要的性能指标之一。

可以看出，当失调角时，静转矩（值）大。矩角特性上静转矩（值）的大值称为大静转矩。在一定通电状态下，大静转矩与控制绕组中电流的关系称为大静转矩特性，称为失调角。静态运行特性是指步进电机的静转矩T与转子失调角θ之间的关系T＝f（θ），简称矩角特性。

在实际工作时，步进电机总处于动态情况下运行，但是静态运行特性是分析步进电机运行性能的基础。

多相步进电机的定子控制绕组可以是一相通电，也可以是几相同时通电，下面分别进行讨论。

（1）单相通电时

反应式步进电机转子转过一个齿距，从磁路情况来看，变化了一个周期。因此，转子一个齿距所对应的电角度为2π电弧度或360°电角度。因为转子的齿数为Zr，所以转子外圆所对应的电角度为2πZr电弧度或360°Zr电角度。由于转子外圆的机械角度是2π弧度或360°，所以步进电机的电角度是机械角度的Zr倍。如果步进电机的步距角为θs，则用电角度表示的步距角θse为θse＝Zrθs

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设静转矩和失调角从右向左为正。当失调角θ＝0时，定、转子齿的轴线重合，静转矩T＝0，当失调角θ>0时，切向磁拉力使转子向右移动，静转矩T<0，当失调角θ<0时，切向磁拉力使转子向左移动，静转矩T>0，当失调角θ＝π时，定子齿与转子槽正好相对，转子齿受到定子相邻两个齿磁拉力作用，但是大小相等、方向相反，产生的静转矩为零，

通过以上讨论可见，静转矩T随失调角θ做周期性变化，变化周期是一个齿距，即360°电角度。步进电机矩角特性的形状比较复杂，它与气隙、定转子齿的形状及磁路的饱和程度有关。实践证明，反应式步进电机的矩角特性接近正弦曲线，其表达式为

③单、双八拍通电方式。前面两种通电方式的循环拍数都等于四，称为满步通电方式。若通电循环拍数为八，称为半步通电方式，即按A—AB—B—B的次序轮流通电，每拍转子转动1/8转子齿距，每转的步数为8Zr。

④细分通电方式。若调整两相绕组中电流分配的比例和方向，使相应的合成转矩在空间可处于任意位置上，则循环拍数可为任意值，称为细分通电方式。实质上就是把步距角减小，如前面八拍通电方式已经将单四拍或双四拍细分了一半。采用细分通电方式可使步进电机的运行更平稳，定位分辨率更高，负载能力也有所增加，并且步进电机可做低速同步运行。1.3 反应式步进电机的特性

反应式步进电机有静止、单步运行和连续运行三种运行状态，下面简单介绍不同状态下的运行特性。

④在断电情况下有定位转矩。转子中间为轴向磁化的环形磁铁，磁铁两端各套有一段转子铁芯，转子铁芯由整块钢加工或用硅钢片叠成，两段转子铁芯上沿外圆周开有小齿，其齿距与定子小齿齿距相同，两端的转子铁芯上的小齿彼此错过1/2齿距，定、转子齿数的配合与单段反应式步进电机相同。

S极铁芯段截面图即为Ⅰ—Ⅰ截面；N极铁芯段截面图截面。S极铁芯段截面图中，当磁极1下是齿对齿时，磁极5下也是齿对齿，气隙磁阻小；磁极3和磁极7下是齿对槽，气隙磁阻大。

此时，极铁芯段截面图中，磁极1'和磁极5'下，正好是齿对槽，磁极3'和磁极7'下，正好是齿对齿。可见，两端的转子铁芯上的小齿彼此错过1/2齿距。

⑤有强的内阻尼力矩。

1.2.3 混合式步进电机

混合式步进电机（又称感应子式步进电机）既有反应式步进电机小步距角的特点，又有永磁式步进电机效率高、绕组电感比较小的特点。

（1）两相混合式步进电机的结构

图1-11为混合式步进电机的轴向剖视图。它的定子铁芯与单段反应式步进电机基本相同，即沿着圆周有若干凸出的磁极，每个磁极的极面上有小齿，机身上有控制绕组；定子控制绕组与永磁式步进电机基本相同，也是两相集中绕组，每相为两对极，控制绕组的接线。

中可以看出，当定子绕组按A西门子B西门子（-A）西门子（-B）西门子A…的次序轮流通以直流脉冲时（如A相通入正脉冲，则定子上形成上下S、左右N四个磁极），按N、S相吸原理，转子必为上下N、左右S，若将A相断开、B相接通，则定子极性将顺时针转过45°，转子也将按顺时针方向转动，每次转过45°空间角度，也就是步距角θs为45°。一般来说，步距角θs的值为

式中，m为相数；p为转子极对数。