《步进电机》PPT课件

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1、第3章步进电动机传动控制3.1步进电动机3.2步进电动机的环形分配器3.3步进电动机的驱动电路步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生的脉冲信号还需要进行功率放大。环形分配器、功率放大器以及其他辅助电路统称为步进电机的驱动电源。步进电动机、驱动电源和控制器构成步进电动机传动控制系统，如图3.1所示。步进电动机的优点：控制特性好；误差不长期积累；步距值不受各种干扰因素的影响。步进电动机转子转

2、动的速度取决于脉冲信号的频率，总位移量取决于总的脉冲数，它作为伺服电动机应用于控制系统时，可以使系统简化，工作可靠，而且可以获得较高的控制精度。步进电动机的应用：步进电动机在机械、电子、纺织、轻工、化工、石油、邮电、冶金、文教和卫生等行业，特别是在数控机床上获得了越来越广泛的应用。本章从实际应用的角度出发，介绍步进电动机的基本结构、工作原理、驱动方式、驱动电路、运行特性以及步进电动机控制等方面的内容。3.1步进电动机3.1.1步进电动机的结构与工作原理结构特点步进电动机由定子和转子两大部分组成。三相反应式步进电动机的结构简图如图3.2所示，定子有六个磁极，每相对磁极构成

3、一相控制绕组，转子上有均布的四个齿。2.工作原理（1）基本工作原理步进电动机的工作原理，其实就是电磁铁的工作原理，如图3.3所示。当U相通电，V、W相不通电，如图3.3a所示，1、3齿与U相对齐；当V相通电，U、W相不通电，如图3.3b所示，2、4齿与V相对齐；当W相通电，U、V相不通电，如图3.3c所示，1、3齿与W相对齐；由此可见，当通电顺序为U→V→W→U→V→…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的角度称为步距角。电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距的位置，一个齿距所对应的角度称为齿距角（此例中齿距角为90度）当

4、改变通电顺序时，将改变转子的转向。（2）通电方式单相轮流通电方式每次切换前后只有一相绕组通电。在这种通电方式下，电动机工作的稳定性较差，容易失步。上述例子即为单向轮流通电方式，称为三相单三拍通电（2）通电方式双相轮流通电方式每次有两相绕组通电，通电状态切换时，转子转动平稳，且输出力矩较大，这种通电方式定位精度高而且不易失步。以三相反应式电动机为例，双相轮流通电方式为：UV→VW→WU→UV→…称为三相双三拍通电。（2）通电方式单双相轮流通电方式上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U→UV→V→VW→W→WU→U→…称为三相六拍通电，如图3.4所示。三相六拍通电方式的步

5、距角减小一倍。3.1.2小步距角步进电动机实际的小步距角电动机如图3.5所示。它的定子内圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的齿宽和齿距相等。若定子为三相绕组，当某一相磁极下定子与转子的齿相对时，下一相磁极下定子与转子齿的位置刚好错开1/3齿距，再下一相磁极下定子与转子的齿错开2/3齿距，依此类推。当定子各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。3.1.3步进电动机的分类1.按工作原理分类激磁式（电磁式）步进电动机的定子和转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动。反应式（磁阻式）转子无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转子转动。永磁式转子和定子的某一方具有永久磁钢，另一

6、方由软磁材料制成。绕组轮流通电，建立的磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。混合式（永磁感应式）反应式步进电动机结构示意图反应式步进电动机多段环形线圈结构反应式步进电动机多段分布绕组结构反应式直线步进电动机永磁式步进电动机示意图永磁式步进电动机环形线圈结构混合式步进电动机结构示意图2.按输出转矩的大小分类快速步进电动机电动机的输出转矩一般为0.07～4Nm，可以控制小型精密机床的工作台，例如线切割机床。功率步进电动机电动机的输出转矩一般为5～40Nm，可直接驱动机床的移动部件。此外，按励磁相数可分为三相、四相、五相、六相、等等。相数越多，步距角越小，但结构越复杂。按

7、运动方式分为旋转运动、直线运动、平面运动等。按定子排列还可分为径向式（单段式）和轴向式（多段式），轴向式的转动惯量小，快速性和稳定性好，功率步进电动机多为轴向式，3.2.1步进电动机的驱动方式步进电动机是绕组按一定方式轮流通电工作的。为了实现这种轮流通电，需要将控制脉冲按规定的方式分配给步进电动机，实现这种脉冲分配功能的是环形分配器。环形分配器的输出信号还需进行功率放大才能驱动步进电动机。步进电动机驱动系统框图如图3.8所示。3.2步进电动机的环形分配器3.2.2步进电动机的环形分配器环形分配器是根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加到放大