机电传动控制 教学课件 作者 张志义 7章-1伺服电机原理.ppt

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1、第7章伺服电机与应用步进电机原理与驱动控制*直流伺服电机交流伺服电机原理与驱动*变频器原理与应用*重点:步进电机与交流伺服电机17.1步进电动机原理特点:(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。实际就是将电信号转换成机械位移的部件由于步进电动机的这一工作职能正好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等方面

2、都有很广泛的应用21.励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，依靠电磁转矩工作。2.反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。依靠变化的磁阻生成磁阻转矩工作。反应式步进电机的应用最广泛，它有两相、三相、多相之分。这里主要讨论三相反应式步进电动机的结构和工作原理。种类：励磁式和反应式两种。3三相反应式步进电动机的原理结构图如下：ABCIAIBIC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。定子转子41.工作原理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

3、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。BCIAIBIC51.三相单三拍CA'BB'C'A3412A相绕组通电，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。6CA'BB'C'A3412同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿

4、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'A7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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3X30°)。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。8C

5、A'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。9CA'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'、C磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过15。10三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

6、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。11AB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)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。12从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：实用步进电机的步距角多为

7、3和1.5。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的，通常转子表面有40个齿，齿距角是9；定子仍是6个磁极，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿。式中α—步进电机的步距角m—电机相数；Z—转子齿数；K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1；相邻两次通电相数不同，K＝2。13实际应用的五相永磁步进电机如图所示141.同一相数的步进电机可有两种步距角，通常为1.2/0.6、1.5/0.75、1.8/0.9、3/1.5度等。2.步距误差是指步进电机运行时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。3.累积误差,

8、连续走若干步时，上述步距误差的累积值称为步距的累积误差。由于步进电机转过一转后，将重复上一转的稳定位置，即步进电机的步距累积误差将以一转为周期重复出现。1.步距角和步距误差反应式步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿数的关系如下：7.2步进电动机特性152.静态转矩与矩角特性当步进电机上某相定子绕组通电之后，转子齿将力求与定