控制电机第五章步进电机

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1、第五章步进电机本章学习内容概述步进电机的结构和工作原理步进电机的基本特点步进电机的运行特性电源及分配方式对电机性能的影响1概述步进电动机又称为脉冲电动机，在数字控制系统中作为执行元件。其功能是将脉冲的电信号变换为相应的角位移或直线位移。运行特点:角位移量θ与脉冲数成正比。脉冲频率与电机转速成正比。改变脉冲顺序，可改变转动方向。脉冲分配和功放脉冲信号1脉冲对应1步脉冲数等于步数应用：由于步进电动机的工作特点符合数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工业及自动记录仪、打印机等方面都有很广泛的应用。对步进电机的基本要求:调速范围宽；能快速的启动，快速的正反转；开环精度高，不丢步或越步

2、；输出转矩大，可直接带负载。步进电机的分类:反应式(磁阻式)永磁式感应式励磁方式——应用最为广泛ABCIAIBIC左图为三相反应式异步电动机：定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相，采用Y连接。转子有四个齿，齿宽等于定子的极靴宽。定子转子2反应式步进电机的结构及工作原理定子材料：硅钢片叠成；转子材料：叠片铁心由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。现以ABCA的通电顺序，使三相绕组轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。BCIAIBIC1.三相单三拍CA'BB'C'A3412A相绕组通电，

3、B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，故电动机转子受到一个反应转矩，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。“三相”指三相步进电机；“单”指每次只能一相绕组通电；“三拍”指通电三次完成一个通电循环。CA'BB'C'A3412同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B´磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。1C'342CA'BB'A这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。按ABC

4、A……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。2.三相六拍按AABBBCCCA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图所示位置。CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15。3412CA'BB'C'AB、C相同时通电，C

5、'、C磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15。三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：AABBBCCCA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90(齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。3.三相双三拍按ABBCCA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。AB通电CA'BB'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角

6、)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。可见：转子的转速取决于控制绕组通电和断电的频率。转子旋转的方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。几个基本概念分配方式拍数（状态数）三相双三拍单拍制分配方式：状态数＝相数双拍制分配方式：状态数＝2相数齿距角：转子相邻两个齿之间的夹角。步距角的表示方法步距角：每输入一个脉冲电信号转子转过的空间角度（机械角度）。同一台电机采用不同的供电方式，步距角可有两种不同的数值。结构：定子上八个磁极，定子、转子由硅钢片叠成，都带有小齿。为了提高控制精度，缩小步距角，可以增加相数，且电机的定子、转子都做成多齿的。四相单四拍转子有50个齿，齿距角7.2

7、度。定子一个极距所占的齿数不为整数A相通电，反应转矩使转子齿轴线和定子磁极AA’齿轴线对齐，相邻磁极定子齿和转子齿相对位置如右图。B相通电，转子转过1.8o。顺序通电，转子旋转。四相八拍四相双四拍3步进电机的工作基本特点（1）步进电机工作时，每相绕组由专门驱动电源通过“环形分配器”按一定规律轮流通电。几个概念分配方式状态数、拍数单拍制分配方式：状态数＝相数双拍制分配方式：状态数＝2相数f相：每相脉冲电压的频率f：控制电脉冲的频率N：拍数（2）步距角的表示方法步距角：每输入一个脉冲