智能控制第五章 步进电动机原理及控制ppt课件.ppt

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1、第一章步进电动机原理及控制1步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生的脉冲信号还需要进行功率放大。概述－－步进电机步进电动机的优点：控制特性好；误差不长期积累；步距值不受各种干扰因素的影响。步进电动机转子转动的速度取决于脉冲信号的频率，总位移量取决于总的脉冲数，它作为伺服电动机应用于控制系统时，可以使系统简化，工作可靠，而且可以获得较高的控制精度

2、。步进电动机的应用：步进电动机在机械、电子、纺织、轻工、化工、石油、邮电、冶金、文教和卫生等行业，特别是在数控机床上获得了越来越广泛的应用。我们这里从实际应用的角度出发，介绍步进电动机的基本结构、工作原理、驱动方式、驱动电路、运行特性，同时了解步进电动机控制等方面的内容。1步进电动机原理及分类1.1步进电动机的结构与工作原理结构特点步进电动机由定子和转子两大部分组成。A.两相反应式步进电动机的结构简图两相电机定子有四个磁极，每相对磁极构成一相控制绕组，转子上只有两个齿。B.三项步进电机结构简图：三相电机定子有六个磁极，每相对磁

3、极构成一相控制绕组，转子上有均布的四个齿。2.工作原理（1）两相电机工作原理步进电动机的工作原理，其实就是电磁铁的工作原理，如图所示。当A相通电，其余相不通电，如图(a)所示，转子N极与A相对齐；当B相通电，其余相不通电，如图(b)所示，转子N极与B相对齐；当A-相通电，其余相不通电，如图(c)所示，转子N极与A-相对齐；当B-相通电，其余相不通电，如图(d)所示，转子N极与B-B相对齐（2）三相电机工作原理当U相通电，V、W相不通电，如图a所示，1、3齿与U相对齐；当V相通电，U、W相不通电，如图b所示，2、4齿与V相对齐；

4、当W相通电，U、V相不通电，如图c所示，1、3齿与W相对齐；由此可见，当通电顺序为U→V→W→U→V→…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的角度称为步距角。电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距的位置，一个齿距所对应的角度称为齿距角（此例中齿距角为90度）当改变通电顺序时，将改变转子的转向。（3）通电方式单相轮流通电方式每次切换前后只有一相绕组通电。缺点：在这种通电方式下，电动机工作的稳定性较差，容易失步。上述例子即为单向轮流通电方式，分别称为两相单四拍和三相单三拍通电双相轮流

5、通电方式每次有两相绕组通电，通电状态切换时，转子转动平稳，且输出力矩较大，这种通电方式定位精度高而且不易失步。以三相反应式电动机为例，双相轮流通电方式为：UV→VW→WU→UV→…称为三相双三拍通电。单双相轮流通电方式上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U→UV→V→VW→W→WU→U→…称为三相六拍通电，如图所示。三相六拍通电方式的步距角减小一倍。1.2小步距角步进电动机实际的小步距角电动机如图所示。它的定子内圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的齿宽和齿距相等。实际小步距角电动机图小步距定子制造特点：若定子为三相绕组

6、，当某一相磁极下定子与转子的齿相对时，下一相磁极下定子与转子齿的位置刚好错开1/3齿距，再下一相磁极下定子与转子的齿错开2/3齿距，依此类推。当定子各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。当定子为n相时，错开的齿距为1/n齿距。2.1步进电动机的驱动方式步进电动机是绕组按一定方式轮流通电工作的。为了实现这种轮流通电，需要将控制脉冲按规定的方式分配给步进电动机，实现这种脉冲分配功能的是环形分配器。环形分配器的输出信号还需进行功率放大才能驱动步进电动机。步进电动机驱动系统框图如图所示。2步进电动机的环形分配器环形分配器是根据指令

7、把脉冲信号按一定的逻辑关系加到放大器上，使各相绕组按一定的顺序和时间导通和断开，并根据指令使电动机正转或反转，实现确定的运行方式。环形分配器可以由硬件和软件两种方式实现。2.2步进电动机的环形分配器（1）集成脉冲分配器CH250是专为三相反应式步进电动机设计的环形分配器。这种集成电路采用CMOS工艺，集成度高，可靠性好。右侧是其引脚图及工作真值表。1.硬件环形分配器CH250有A、B、C三个输出端，当输入端CL或EN加上时钟脉冲后，输出波形将符合三相反应式步进电动机的要求。若采用CL脉冲输入端时，是上升沿触发，同时EN为使能端

8、，EN＝1时工作，EN＝0时禁止。反之，采用EN作时钟端，则下降沿触发，此时CL为使能端，CL＝0时工作，CL＝1时禁止。R和R*分别为双三拍运行和六拍运行的复位端。当R加上正脉冲，ABC的状态为110，而R*加上正脉冲后，ABC的状态为100，以避免ABC出现000或111