步进电动机ppt课件.ppt

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1、6常用驱动器及其控制6.1步进电机开环位置控制系统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，也称脉冲电动机。步进电动机是一种受脉冲信号控制的无刷式直流电动机，也可看作在一定频率范围内转速与控制脉冲频率同步的同步电动机。6.1.1步进电机的工作原理步进电机是按电磁吸引的原理工作，现以反应式步进电机为例说明其工作原理。6.1.1.1三相三拍或单三拍方式图6－1三相反应式步进电机单三拍工作原理6.1.1.2三相六拍工作方式图6－2三相反应式步进电机三相六拍工作原理6.1.1.3双三拍工作方式由于前述的单三拍通电方式每次定子绕组只有一相通电，且在切换瞬间失去自锁转矩，容易产生失步，而

2、且，只有一相绕组产生力矩吸引转子，在平衡位置易产生振荡，故在实际工作过程中多采用双三拍工作方式，即定子绕组的通电顺序为ABBCCAAB…或ACBCCA…，前一种通电顺序按逆时针旋转，后一种通电顺序按顺时针旋转，此时有两对磁极同时对转子的两对齿进行吸引，每步仍然旋转30。由于在步进电机工作过程中始终保持有一相定子绕组通电，所以工作比较平稳。实际上步进电机的转子的齿数很多，因为齿数越多步距角越小。为了改善运行性能，定子磁极上也有齿，这些齿的齿距与转子的齿距相同，但各极的齿依次与转子的齿错开齿距的1/m（m为电机相数）。这样，每次定子绕组通电状态改变时，转子只转过齿距的1/m（如三相

3、三拍）或1/2m（如三相六拍）即达到新的平衡位置。如图6—3所示。6.1.2步进电机的主要特性6.1.2.1步距角及其精度步距角可按下式计算：(度)式中：m定子相数；z转子齿数；k通电系数，若连续两次通电相数相同为1，若不同则为2。6.1.2.2矩角特性和最大静转矩如果在电机轴上施加一个负载转矩，转子会在载荷方向上转过一个角度θ，转子因而受到一个电磁转矩T的作用与负载平衡，该电磁转矩T称为静态转矩，该角度θ称为失调角。步进电动机单相通电的静态转矩T随失调角θ的变化曲线称为矩角特性，如图6-4所示。图6—4步进电动机的矩角特性6.1.2.3启动转矩Tq和启动频率fq图6-5是三相步

4、进电动机的各相矩角特性。图中相邻两条曲线的交点所对应的静态转矩是电机运行状态的最大启动转距Mq，当负载力矩小于Mq时，步进电动机才能正常启动运行，否则将会造成失步。空载时，步进电动机由静止突然启动、并进入不丢步的正常运行状态所允许的最高频率，称为启动频率或突跳频率。空载启动时，步进电动机定子绕组通电状态变化的频率不能高于启动频率。原因是频率越高，电机绕组的感抗（）越大，使绕组中的电流脉冲变尖，幅值下降，从而使电机输出力矩下降。一般说来，步进电动机的启动频率远低于其最高运行频率，很难满足对其直接进行启动和停止的要求，因此要利用软件进行加减速控制，又称分段加减速启动或停止，即在启动时使其运行频率

5、分段逐渐升高，停止时使其运行频率分段逐渐降低。6.1.2.4运行矩频特性运行矩频特性是描述步进电动机在连续运行时，输出转矩与连续运行频率之间的关系。它是衡量步进电动机运转时承载能力的动态指标，如图6–6所示。6.1.3步进电机的结构类型步进电机有许多的结构类型，主要是根据相数、结构和工作原理进行分类。6.1.3.1根据相数分类我国数控机床中采用的步进电机有三、四、五、六相等几种，因为相数越多，步距角越小，而且还可采用多相通电，提高步进电机的输出转矩。根据前面分析，步进电机的通电方式一般采用m相和2m相通电方式，在m相和2m相通电方式中，除采用一、二相通电转换外，还可采用二三相转换通电，如

6、五相步进电机，各相用A、B、C、D、E表示，其五相十拍的二三相转换方式为：ABABCBCBCDCDCDEDEDEAEAEAB。6.1.3.2.根据工作原理分类步进电机是采用定子与转子间电磁吸合原理工作。根据磁场建立方式，主要可分为反应式和永磁感应式两类。反应式步进电机的转子有多相磁极，而转子用软磁材料制成。永磁感应式的定子结构与反应式相似，但转子用永磁材料制成，这样可提高电机的输出转矩，减少定子绕组的电流。6.1.3.3根据结构分类步进电机可制成轴向单段式和多段式。6.1.4步进电机的环行分配器步进电机的驱动控制由环行分配器和功率放大器组成。环行分配器的主要功能是是将数

7、控装置的插补脉冲，按步进电机所要求的规律分配给步进电机的驱动电源的各相输入端，以控制励磁绕组的通断、运行及换向。当步进电机在一个方向上连续运行时，其各相通断或脉冲分配是一个循环，因此称为环行分配器。环行分配器的功能可用硬件或软件的方法来实现，分别称为硬件环行分配器和软件环行分配器。6.1.4.1硬件环行分配器硬件环行分配器的种类很多，它可由D触发器或JK触发器构成，亦可采用专用集成芯片或通用可编程逻辑器件。对