两相混合式步进电机及其驱动技术.ppt

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1、3.5两相混合式步进电机及其驱动技术1.两相混合式步进电机结构2.两相混合式步进电机工作原理3.两相混合式步进电机驱动技术4.两相混合式步进电机的主要特性和技术指标1前面讲述的各种伺服电机必须通过闭环实现位置伺服。而步进电机在开环状态就能实现精确的位置控制。开环较之闭环有如下好处：结构简单，例如省去位置传感器及其信号处理电路。没有控制参数设计及其调试的问题。不存在稳定性问题。接线简单。2三种类型的步进电机永磁式步进电机（Permanentmagnetmotors，PM)变磁阻步进电机(VariableReluctance，VR)或称反应式步进电机；混合式步进电动

2、机(Hybrid，HB)定子绕组相数可分为两相、三相、四相、五相等。两相混合式步进电机在工业上应用最为广泛。31.两相混合式步进电机结构电机的定子上有八个绕有线圈的铁心磁极；八个线圈串接成A、B两相绕组；每个定子磁极边缘有多个小齿，一般多为五或六齿。4转子由两段有齿环形转子铁心、装在转子铁心内部的环形磁钢及轴承、轴组成。将环形磁钢沿轴向充磁，两段转子铁心的一端呈N极性，另一端呈S极性，分别称之为N段转子和S段转子。转子铁心的边缘加工有小齿，一般为50个，齿距为7.2°。两段转子的小齿相互错开1/2齿距。52.两相混合式步进电机工作原理定子上有四个绕有线圈的磁极（齿

3、），相对磁极的线圈串联组成两相绕组。由于同一相绕组两个线圈绕线的方向相反，通过同一电流时所产生的磁场方向也相反。电流从相反方向流过同一相绕组产生的磁场方向也相反。转子由两段永磁体组成，一段呈N极性，一段呈S极性。每段永磁体有3个齿，齿距为120度，N极齿和S极齿彼此错开1/2齿距。6每转12步的模型电机1）不通电状态在绕组不通电时，由于磁通总是沿磁阻最小的路径通过，磁通从N极性转子经定子极回到S极性转子。由于转子磁场的吸引作用，当外力力图使轴转动时，会有一个反向力矩阻止这种转动，称为自锁（detent)力矩。72）单四拍工作状态8初始状态，A相通电产生保持力矩；B

4、相通电，定子磁场旋转90度，吸引转子旋转1/4齿距（30度）；/A相通电、/B相、A相通电定子磁场各旋转90度，各吸引转子旋转1/4齿距（30度）；4步一个循环后共转过一个齿距120度，12步后转子旋转一周。每一次仅一相绕组通电，四拍一个循环，称之为单四拍工作状态3）双四拍工作状态9初始状态，A相、B相同时通电，由于两个定子齿的吸引，转子移动1/8齿距15度，停在一个中间的位置；B/A相通电，定子磁场旋转90度吸引转子旋转1/4齿距30度；/A/B、/BA、AB各相通电，定子磁场各旋转90度，各吸引转子旋转1/4齿距30度；4步一个循环后共转过一个齿距120度，1

5、2步后转子旋转一周；每一次两相绕组通电，四拍一个循环，称之为双四拍工作状态因为两个线圈同时通电，产生的力矩比单四拍要大。4）□□10在单四拍工作方式基础上，在每两个单拍之间插入一个双拍工作状态，就成为单、双八拍工作方式。交替使一个线圈和两个线圈通电，每一步转子旋转1/8齿距即15度，经过这8拍以后，转子转过一个齿距120度。旋转一周需24步。单、双八拍工作方式的缺点是产生“强、弱步”的现象，可利用的力矩被弱步力矩所限制，力矩的波动较大。为了消除“强、弱步”现象，并使电机按强步力矩输出，可以在弱步时绕组通以两倍的电流，对弱步力矩进行补偿。优点是步距角小，电机运行将更

6、平稳。115）微步距工作方式在双四拍工作方式中，当两相绕组通以相等的电流时，电机转子停在一个中间的位置。如果两相绕组电流不等，转子位置将朝电流大的定子极方向偏移。利用这个现象我们可使电机工作在微步距方式：将两相绕组中的电流分别按正弦和余弦的轮廓呈阶梯式变化。则每个整步距就分成了若干微步距。微步距方式的步距角更小，将使电机运行更加平稳。12一般称单四拍和双四拍工作方式为整步距方式；单、双八拍工作方式为半步距方式。步进电机中定子磁场和转子磁场的相互作用产生转矩：定子磁势IW（安匝），I为相电流，W为绕组匝数。转子磁势是由转子磁钢产生的，它是一个常数。所以当定子线圈匝数

7、、转子磁钢磁性能及定、转子铁心材料、尺寸已确定的情况下，电机产生的力矩由定子绕组电流决定。135）实际电机的工作原理14线圈1、5、3、7串联组成A相绕组；线圈2、6、4、8串联组成B相绕组。每一相四个绕组的绕线方向不同，通电后每个绕组所在定子磁极的极性不同。假定线圈1、5所在的磁极为N极，则线圈3、7所在的磁极为S极。定子磁极上有40个（或48个）齿，齿距为7.2°两段转子铁心上各有50小齿，齿距为7.2°，但两段转子的小齿相互错开1/2齿距定子齿和转子齿齿距相等。。15模型电机和实际电机的比较模型电机实际电机转子齿数350转子齿距120度7.2度整步距1/4齿

8、距30度1