#set text(lang: "zh", font: "Noto Serif CJK SC")
#show "。": "．"

= 实验六 步进电动机

== 单步运行状态

== 角位移和脉冲数的关系

#figure(
  align(center)[#table(
      columns: 4,
      align: (auto, auto, auto, auto),
      table.header([表格], [序号], [实际电机偏转角度], [理论电机偏转角度]),
      table.hline(),
      table.cell(rowspan: 2)[步数=100步], [1], [45°], [45°],
      [2], [40°], [40°],
      table.cell(rowspan: 2)[步数=200步], [1], [85°], [90°],
      [2], [92°], [90°],
    )],
)

== 空载突跳频率的测定

电机不失步启动的最高频率为步进电机的空载突跳频率。记为 $13750" Hz"$。

== 定子绕组中电流和频率的关系

#table(
  columns: 9,
  table.header([序号], [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]),
  [f (Hz)], [1000], [2500], [4000], [5500], [7000], [8500], [1000], [1150],
  [I (A)], [2.012], [2.000], [1.879], [1.283], [0.824], [0.526], [0.381], [0.193],
)

== 平均转速和脉冲频率的关系

#let ns = (222, 442, 674, 895, 1122, 1340, 1563, 1793)
#let real_ns = ns.map(x => x / 3)

#figure(
  align(center)[#table(
      columns: 4,
      table.header([序号], [$f$ (Hz)], [$n$ (r/min)], [$n / 3$ (r/min)]),
      table.hline(),
      ..range(1, 9).map(i => (
        [#i],
        [#(i * 1000)],
        [#ns.at(i - 1)],
        [#calc.round(real_ns.at(i - 1), digits: 1)],
      )).flatten()
    )],
)

转速表显示的转速单位为 r/min，由于皮带传动的原因，其值为步进电机实际转速的 3 倍。根据

#let NP = $n = (60 f) / N_p$

$ NP, $

#let nps = real_ns.enumerate().map(((i, x)) => x / (i + 1))
#let average_np = nps.sum() / nps.len()

$ N_p = #calc.round(average_np). $

== 实验报告

经过上述实验后，须对照实验内容写出数据总结并对电机试验加以小结。

+ 单步运行状态
+ 角位移和脉冲数的关系：角位移与脉冲数成正比
+ 空载突跳频率的测定
+ 转子振荡状态的观察
+ 定子绕组中电流和频率的关系：电流随频率增大而减小
+ 平均转速和脉冲频率的关系：本实验中电机步距角为 $1.8°$，根据 $1.8 degree = theta_b = theta_t / N = (360 degree) / (Z_r N) $ 得 $ Z_r = (360 degree) / (N theta_b) = 360 / (2 times 1.8) = 100. $ 实验测得 $N_p = 74$，与理论值有一定偏差，可能是出现失步所致。

== 思考题
+ 影响步进电机步距的因素有哪些？对实验用步进电机，采用何种方法步距最小？
  - $theta = frac(360 degree, Z_r N)$，步距与转子齿数和拍数有关。
  - 增加齿数和定子相数可以减小步距。
+ 平均转速和脉冲频率的关系怎样？为什么特别强调是平均转速？
  - #NP，平均转速和脉冲频率成正比。
  - 步进电机由电脉冲控制，运动是离散的，因此需要用平均转速来描述其运动特性。

