第十三章步进电动机传动控制系统 11.1步进电动机结构与工作原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元 件 角位移 输入脉冲个数 运行速度 输入脉冲频率 步进电动机的分类: 反应式 工作原理永磁式 输出转快速步进么 矩大小 混合式 功率步进电机 励磁相数二、三、四、五、六、八相等
第十三章 步进电动机传动控制系统 11.1 步进电动机结构与工作原理 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元 件。 步进电动机的分类： 工作原理 反应式 永磁式 混合式 输出转 矩大小 快速步进电机 功率步进电机 励磁相数 二、三、四、五、六、八相等 角位移 输入脉冲个数 运行速度 输入脉冲频率
步进电动机的组成 如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图 定子:由定子铁心、绕组、绝缘 材料等组成 励磁绕组由外部脉冲信号对各 相绕组轮流励磁。如图所示 A KI ABC B K2 B C:/K3 C 转子:由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材 料叠压而成的齿形铁心
一、步进电动机的组成 如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图 定子：由定子铁心、绕组、绝缘 材料等组成 励磁绕组由外部脉冲信号对各 相绕组轮流励磁。如图所示。 A' A K1 K2 K3 B' C' B C 转子：由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材 料叠压而成的齿形铁心
、步进电动机的工作原理 给A相绕组通电时,转子位 置如图(a),转子齿偏离定 子齿一个角度。由于励磁磁 通力图沿磁阻最小路径通过, 因此对转子产生电磁吸力, 迫使转子齿转动,当转子转 到与定子齿对齐位置时(图b), 因转子只受径向力而无切线 力,故转矩为零,转子被锁 定在这个位置上。由此可见: 错齿是助使步进电机旋转的 根本原因
二、步进电动机的工作原理 给A相绕组通电时，转子位 置如图（a），转子齿偏离定 子齿一个角度。由于励磁磁 通力图沿磁阻最小路径通过， 因此对转子产生电磁吸力， 迫使转子齿转动，当转子转 到与定子齿对齐位置时(图b)， 因转子只受径向力而无切线 力，故转矩为零，转子被锁 定在这个位置上。由此可见： 错齿是助使步进电机旋转的 根本原因
工作原理111-2.SW 结论: 通电顺序为A_B-C-A时,转子按顺时针方向一步子步转动 通电顺序改为A-C一B-A,时,转子按逆时针方向一步步转 动。T11-3.SW 、步进电动机的通电方式 1.单相通电方式:指对每相绕组单独轮流通电,对于三相步 进电动机: 正转:A-B-C一A时,转子按顺时针方向一步一步转动 反转:A-C-B一A时,转子按逆时针方向一步分步转 2.单、双拍工作方式: 正转:AAB-B-BC-C-CA-A 反转:ACAC-BC-B-AB-A 3.双拍工作方式: 正转:AB-BCCA-AB 反转:AC-CA-BC-AC
工作原理 T11-2.SWF 结论： 通电顺序为A—B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动 通电顺序改为A－Ｃ－Ｂ－Ａ，时，转子按逆时针方向一步一步转 动。T11-3.SWF 三、步进电动机的通电方式 1. 单相通电方式：指对每相绕组单独轮流通电，对于三相步 进电动机： 正转：A－B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动。 反转：A－Ｃ－Ｂ－Ａ时，转子按逆时针方向一步一步转动。 2. 单、双拍工作方式： 正转：A-AB-B-BC-C-CA-A 反转：A-CA-C-BC-B-AB-A 3. 双拍工作方式： 正转：AB-BC-CA-AB 反转：AC-CA-BC-AC
四、步进电动机的步距角 由一个通电状态改变到下一个通电状态时,电动机转子所转过 的角度称为步距角。T11-2,SW B=3609/ZKm 其中:Z-转子齿数 m一定子绕组相数 K一通电系数F=1,2 若二相步进电动机的z=100单拍运行时,其步距角 360 B 1.8 2×100 若按单、双通电方式运行时,步距角 360° B =0.9 2×2×100
四、步进电动机的步距角 由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过 的角度称为步距角。T11-2.SWF ＝360/ZKm 其中：Z－转子齿数 m－定子绕组相数 K－通电系数 K=1,2 若二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角 1.8 2 100 360 = = 0.9 2 2 100 360 = = 若按单、双通电方式运行时，步距角
由此可见,步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数) 愈多,则步距角愈小,控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时,步进电动机 就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为(HZ),步距角用弧度表 示,则步进电动机的转速为: 2丌 60K 60 60 2丌 2丌 KmZ
由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数) 愈多，则步距角愈小，控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机 就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用弧度表 示，则步进电动机的转速为： f KmZ f f KmZ n 60 60 2 2 60 2 = = =
五、步进电动机的主要性能指标 1.步距角 2最大工作频率:在转子不失步的情况下,电动机连续真作时, 输入脉冲信号的最大频率。1L2.SwE 3最大突跳频率:在转子不失步的情况下,电动机能增加和减 小的最大频率。 4.步距差:理想的步矩角与实际的步矩角之差。 5.输出转矩:电动机轴上的输出转矩的大小 步进电动机的输出转矩与脉冲频率的函数关系称为短频特性
五、步进电动机的主要性能指标 1. 步距角 2. 最大工作频率：在转子不失步的情况下，电动机连续工作时， 输入脉冲信号的最大频率。T11-2.SWF 3. 最大突跳频率：在转子不失步的情况下，电动机能增加和减 小的最大频率。 4. 步距差：理想的步矩角与实际的步矩角之差。 5. 输出转矩：电动机轴上的输出转矩的大小 步进电动机的输出转矩与脉冲频率的函数关系称为矩频特性
13.2步进电动机的驱动电源 一、驱动电源的组成 A 功率放大器 步进脉冲 脉 功放电路 相负载 /L冲●放电路进 分 步 方向信号配C 器 功放电路电 机 分配器电源 功率电 源 脉冲分配器+功率放大电路
13.2 步进电动机的驱动电源 一、驱动电源的组成 脉 冲 分 配 器 功放电路 三 相 步 进 电 机 负载 功率电 源 分配器电源 功放电路 功放电路 功率放大器 步进脉冲 方向信号 f A B C 脉冲分配器+功率放大电路
1.脉冲分配器 当方向电平为低时,脉冲 当方向电平为高时,脉 分配器的输出按AB-C的顺序 冲分配器的输出按A=0B的顺 循环产生脉冲 序循环产生脉冲。 f几 ABC ACB 2功率放大器 将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供 电,使电动机的转子产生输出转矩
1. 脉冲分配器 当方向电平为低时，脉冲 分配器的输出按A-B-C的顺序 循环产生脉冲。 f A B C 当方向电平为高时，脉 冲分配器的输出按A-C-B的顺 序循环产生脉冲。 A B C f 2.功率放大器 将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供 电，使电动机的转子产生输出转矩
二、步进电动机的脉冲分配器 步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现 硬件环形分配器:由计数器等数字电路组成的。有较好的响应 速度,且具有直观、维护方便等优点。 软件环分:由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型 计算机运算速度的限制,有时难以满足高速实时控制的要求。 1.硬件环形分配器
二、步进电动机的脉冲分配器 步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现。 硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应 速度，且具有直观、维护方便等优点。 软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型 计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。 1.硬件环形分配器