步进电动机驱动及其控制课件.ppt

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1、2步进电动机驱动及其控制2.1步进电动机的特点与种类2.2步进电动机的工作原理2.3步进电动机的运行特性及性能指标2.4步进电动机的驱动与控制2.1步进电动机的特点与种类步进电动机又称脉冲电动机。它是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移的电磁机械装置。当给它输入一个电脉冲信号时，其输出轴就转动一个角度，把这个角度叫做步距角。若连续不断地给它输入电脉冲信号，它就一步一步不断地转动。一.步进电动机的特点①步进电动机的工作状态不易受各种干扰因素(如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等)的影响，只要它们的大小在未引起步进电动机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作。②输出转角与输入脉冲严格

2、成比例，且在时间上与输入脉冲同步。③转子惯量小。启动、停止的时间短，—般在信号输入几毫秒至十几毫秒后，就能使电机达到同步转速，信号切断后电机立即停止转动。④步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累。⑤可实现平滑无级调速，且调速范围相当宽。⑥借助控制线路，可获得正、反转动及间歇运动等特殊功能。二.步进电动机的种类(1)可变磁阻型该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机。其结构原理如图5-4所示。其定子1与转子2由铁心构成，没有永久磁铁，定子上嵌有线圈，图5-

3、4可变磁阻型(反应式)三相步进电动机断面图转子朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁型。这类电动机的转子结构简单、转子直径小，有利于高速响应。该类电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力。另外，需要将气隙做得尽可能小，例如几个微米。这种电动机具有制造成本高、效率低、转子的阻尼差、噪声大等缺点。但是，由于其制造材料费用低、结构简单、步距角小，随着加工技术的进步，可望成为多用途的机种。(2)永磁型PM型步进电动机的转子2采用永久磁铁、定子l采用软磁钢制成，绕组3轮流通电，建立的磁场与永久磁铁的恒定磁场相互吸引与排斥产生转矩，其结构如图5-5所示。图两相永磁型步进电动机的

4、结构原理图这种电动机由于采用了永久磁铁，即使定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记亿能力，可用作定位驱动。PM型电动机的特点是励磁功率小、效率高、造价便宜，因此需要量也大。由于转子磁铁的磁化间距受到限制，难于制造，故步距角较大。与VR型相比转矩大，但转子惯量也较大。(3)混合(HB—Hybrid)型这种电动机转子上嵌有永久磁铁，故可以说是永磁型步进电动机，但从定子和转子的导磁体来看，又和可变磁阻型相似，所以是永磁型和可变磁阻型相结合的一种形式，故称为混合型步进电动机，其结构如图5-6所示。图5-6混合型步进电动机结构原理图它不仅具有VR型步进电动机步距角小、响应频率高的优点，而且还具有PM型步

5、进电动机励磁功率小、效率高的优点。2.2步进电动机的工作原理图7为反应式步进电动机工作原理图。其定子有六个均匀分布的磁极，每两个相对磁极组成一相，即有A-A'、B-B'、C-C'三相，磁极上绕有励磁绕组，转子上有四个齿。图7步进电动机的工作原理如果先将电脉冲加到A相励磁绕组，定子A相磁极就产生磁通，并对转子产生磁拉力，使转子的1、3两个齿与定子的A相磁极对齐。而后再将电脉冲通入B相励磁绕组，B相磁极便产生磁通。由图上可以看出，这时转子2、4两个齿与B相磁极靠得最近，于是转子便沿着逆时针方向转过30度角，使转子2、4两个齿与定子B相磁极对齐。如果按照A－B－C－A的顺序通电，转子则沿逆时针方向一

6、步步地转动，每步转过30度，这个角度就叫步距角。显然，单位时间内通入的电脉冲数越多，即电脉冲频率越高，电动机转速就越高。如果按照A－C－B－A的顺序通电，步进电动机将沿顺时针方向一步步地转动。从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每一拍转子转动一个步距角。上述的步进电动机，三相励磁绕组依次单独通电运行，换接三次完成一个通电循环，称为三相单三拍通电方式。如果使两相励磁绕组同时通电，即按AB－BC－CA－AB…顺序通电，这种通电方式称为三相双三拍，其步距角仍为30度。还有一种是按三相六拍通电方式工作的步进电动机，即按照A－AB－B－BC－C－CA－A…顺序通电，换接六次完成一个通电循环。这种通电方式

7、的步距角为15度。如果按A－AC－C－CB－B－BA－A…的顺序通电，步进电动机就沿逆时针方向，以15度步距角一步步转动。一般地，工作在三相三拍工作方式时，切换瞬间步进电动机失去自锁转矩，容易失步，而且只有一相绕组通电吸引转子，易在平衡位置产生振荡。而采用三相六拍控制方式，步距角小一半（15度），在通电状态改变时保持一相绕组通电，工作稳定，转换频率也提高一倍，是三相步进电机较常用的控制方式。综上所