步进电动机控制技术

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1、机电液系统控制—步进电机控制技术哈尔滨工业大学（威海）机器人研究所本章内容小步距角的步进电机步进电机工作方式步进电机简介及结构反应式步进电机的特性步进电机的控制一、步进电机简介及结构机理步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械部件移动一小段距离。特点来一个脉冲，转一个步距角；控制脉冲频率，可控制电机转速；改变脉冲顺序，改变电机转动方向。步进电机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动绘图仪等设备中都得到应用。应用一、步进电机简介及结构种类下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。励磁方式磁阻式

2、（反应式）永磁式永磁感应式（混合式）运行方式旋转型直线型平面型步进电动机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极。定子转子定子绕组一、步进电机简介及结构ABC定子转子IAIBIC定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进电动机通的是直流电脉冲，这主要是指线圈的联接和组数的区别。一、步进电机简介及结构二、步进电机工作方式步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。三相单三拍（1）三相绕组联接方式：Y型（2）三相绕组中的通电顺序为：A相B相C相通电

3、顺序也可以为：A相C相B相ABCIAIBIC二、步进电机工作方式（3）工作过程CA'BB'C'A3412A相通电，A方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。A相通电使转子1、3齿和AA'对齐。CA'BB'C'A34121C'342CA'BB'A同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；C相通电再转30。二、步进电机工作方式二、步进电机工作方式这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期

4、共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过30。此角称为步距角，用S表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。二、步进电机工作方式三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA共六拍。工作过程：CA'BB'C'A3412A相通电，转子1、3齿和A相对齐。二、步进电机工作方式A、B相同时通电CA'BB'C'A3412（1）BB'磁场对2、4齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针方向转动。（2）AA'磁场继续对1、3齿有拉力。所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA'通电，转子

5、转了15°。二、步进电机工作方式B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。CA'BB'C'A3412总之，每个循环周期有六种通电状态，所以称为三相单双六拍，步距角为15。二、步进电机工作方式三相双三拍三相绕组的通电顺序为：ABBCCAAB共三拍。CA'BB'C'A3412AB通电CA'BB'C'A3412BC通电二、步进电机工作方式CA通电CA'BB'C'A3412工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转30，即S=30。以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。三、小步距角的步进电机实际采用的步进电机

6、的步距角多为3度和1.5度，步距角越小，机加工的精度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子40个齿，定子仍是6个磁极，但每个磁极上也有五个齿。三、小步距角的步进电机转子的齿距等于360/40=9，齿宽、齿槽各4.5。为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相同。三、小步距角的步进电机工作原理：假设是单三拍通电工作方式。（1）A相通电时，定子A相的五个小齿和转子对齐。此时，B相和A相空间差120，含120/9=个齿。A相和C相差240，含240/9=个齿。所以，A相的转子、定子的五个小齿对齐时，B相、C相不能对齐，B相的

7、转子、定子相差1/3个齿（3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。三、小步距角的步进电机（2）A相断电、B相通电后，转子只需转过1/3个齿（3），使B相转子、定子对齐。同理，C相通电再转3……若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转1.5。步进电机的转动方向仍由通电顺序决定。三、小步距角的步进电机步进电机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为步距角。M：相数C：通电状态系数，单拍、双拍方式时，C=1；采用单双拍方式时，C=2N：=m×CZr：转子齿数如：Zr=40,N=3时步距角f：电脉冲的频率转速四、反应式步进电机的特性静态特性静态特性是