6ES7-288-1ST40-0AA1西门子S7-200SMART模块

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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

其振荡幅值为步距角θse，若振荡角频率用表示，相应的振荡频率和周期为

自由振荡角频率与振荡幅值有关，当拍数很多时，步距角很小，振荡幅值就很小。也就是说，转子在平衡位置附近做微小的振荡，这时振荡的角频率称为固有振荡角频率，理论上可以证明固有振荡角频率为

式中，J为转子转动惯量。

实际上，由于轴承的摩擦和风阻等的阻尼作用，转子在平衡位置的振荡过程总是衰减的，阻尼作用越大，衰减得越快，这也是我们所希望的。

由此可见，只有负载转矩小于相邻两个矩角特性的交点s所对应的电磁转矩Tst，才能保证电机正常的步进运行，因此Tst是步进电机做单步运行所能带动的极限负载，即负载能力。所以把Tst称为大负载能力，也称为启动转矩。当然它比大静转矩Tmax要小。可求得启动转矩为

由以上分析可知，当一定时，增加运行拍数N可以增大启动转矩。当通电状态系数C＝1时，正常结构的反应式步进电机少的相数必须是3。如果增加电机的相数，通电状态系数较大时，大负载转矩也随之增大。

此外，矩角特性的波形对电机带负载的能力也有较大影响。当矩角特性为平顶波时，Tst值接近于Tmax值，电机带负载能力较大。因此，步进电机理想的矩角特性是矩形波。Tst是步进电机做单步运行时的负载转矩极限值。由于负载可能发生变化，电机还要具有一定的转速。因而实际应用时，大负载转矩比Tst要小，即留有相当余量才能可靠运行。

③步进电机转子振荡现象。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

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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<Tst时。若A相控制绕组通电，则转子的稳定平衡位置为中曲线A上的点，这一点的电磁转矩正好与负载转矩相平衡。当输入一个控制脉冲信号，通电状态由A相改变为B相，在改变通电状态的瞬间，矩角特性跃变为曲线B。对应于角度θa的电磁转矩大于负载转矩TL1，电机在该转矩的作用下，沿曲线B向前转过一个步距角，到达新的稳定平衡点。这样每切换一次脉冲，转子便转过一个步距角。

但是如果负载转矩增大为TL2，则初始平衡位置为

动态特性是指步进电机在运行过程中的特性，它直接影响系统工作的可靠性和系统的快速反应。

（1）单步运行状态

单步运行状态是指步进电机在单相或多相通电状态下，仅改变一次通电状态的运行方式，或输入脉冲频率非常低，以致加第二个脉冲前，前一步已经走完，转子运行已经停止的运行状态。

①动稳定区和稳定裕度。动稳定区是指步进电机从一种通电状态切换到另一种通电状态时，不至于引起失步的区域。

设步进电机初始状态时的矩角特性若电机空载，则转子处于稳定平衡点O0处。输入一个脉冲，使其控制绕组通电状态改变，矩角特性向前跃移一个步距角θse（θse为用电角度表示的步距角），矩角特性变为曲线“1”，转子稳定平衡点也由O0变为O1。在改变通电状态时，只有当转子起始位置位于ab之间才能使它向点运动，达到该稳定平衡位置。因此，把区间ab称为步进电机空载时的动稳定区，用失调角表示应