5控制电机详解.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 由于摩擦等阻尼力矩的影响，最终将使齿2和齿4的轴线停止在B极轴线位置。可见，当电脉冲由A相切换到B相绕组时，转子将转过一个步距角θs，但整个过程是一个振荡过程。一般来说，这一振荡是不断衰减的，如图8所示。 阻尼作用越大，衰减得越快。 当通电脉冲的频率增高时，脉冲周期缩短，可能出现在一个周期内转子振荡还未衰减完，下一个脉冲就来到的情况。 这种运行状态表现的特性主要有以下两个方面： (1)动稳定区。 动稳定区是指步进电动机从一种通电状态切换到另一种通电状态时，不致引起失步的区域。如步进电动机空载，且在A相通电状态下，其矩角特性如图9(a)中曲线A所示，转子位于稳定平衡点OA处。加一脉冲，则A相断电，B相通电，矩角特性变为曲线B。改变通电状态，转子位置处于B′—B″间，转子就能向OB点运动，而达到新的稳定平衡。 区间B′—B″为步进电动机空载状态下的动稳定区，如图9(a)所示。可见，步距角越小，即相数增加或拍数增加，则动稳定区越接近静稳定区，步进电动机运行越稳定，如图9(b)所示。 图9三相步进电动机的动稳定区 (2)步进电动机的动态转矩与频率的关系即矩频特性，是一条下降的曲线，这也是步进电动机的重要特性之一。当控制脉冲频率继续升高时，步进电动机将不是一步步地转动，而是像普通同步电动机一样，作连续匀速旋转运动。 2.3步进电动机的驱动电源 步进电动机应由专用的驱动电源来供电，由驱动电源和步进电动机组成一套伺服装置来驱动负载工作。步进电动机的驱动电源主要包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器三个部分，如图11所示。 变频信号源是一个频率从几十赫兹到几千赫兹的可连续变化的信号发生器，可以采用多种线路，最常见的有多谐振荡器和单结晶体管构成的弛张振荡器两种，它们都是通过调节电阻R和电容C的大小来改变电容充放电的时间常数，以达到选取脉冲信号频率的目的。 图11步进电动机的驱动电源 脉冲分配器是由门电路和双稳态触发器组成的逻辑电路，它根据指令把脉冲信号按一定的逻辑关系加到放大器上，使步进电动机按一定的运行方式运转。 目前，随着微型计算机特别是单片机的发展，变频信号源和脉冲分配器的任务均可由单片机来承担。 从脉冲分配器输出的电流只有几个毫安，不能直接驱动步进电动机，因此在脉冲分配器后面都接有功率放大电路作为脉冲放大器，经功率放大后的电脉冲信号可直接输出到定子各相绕组中去控制步进电动机工作。 * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 输入一个脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步，因此，步进电动机又称为脉冲电动机。 步进电动机的角位移量或线位移量与电脉冲数成正比，它的转速或线速度与电脉冲频率成正比。 在负载能力范围内，这些关系不因电源电压、负载大小、环境条件的波动而变化。通过改变脉冲频率的高低，可以在很大范围内实现步进电动机的调速，并能快速起动、制动和反转。 随着电子技术和计算技术的迅速发展，步进电动机的应用日益广泛，目前在经济型数控机床、绘图机、自动记录仪表和数模变换装置上都使用步进电动机。 从零件加工过程看，工作机械对步进电动机的基本要求是： (1)调速范围宽，应尽量提高最高转速以提高劳动生产率。 (2)动态性能好，能迅速起动、正反转和停转。 (3)加工精度较高，即要求一个脉冲对应的位移量小，并要精确、均匀，这就要求步进电动机步距小，步距精度高，不丢步或越步。 (4)输出转矩大，可直接带动负载。 步进电动机的种类繁多，按相数可分为单相、两相、三相及多相步进电动机，按其运动方式分为旋转运动型、直线运动型和平面运动型。 通常使用的旋转型步进电动机又可分为反应式、永磁式和感应式。其中反应式步进电动机是我国目前应用最广泛的一种，它具有调速范围大，动态性能好，能快速起动、制动和反转等优点。 本节以反应式步进电动机为例，简单分析步进电动机的基本原理与运行性能。 2.1步进电动机的工作原理 图2是一个三相反应式步进电动机的工作原理图，其定子、转子铁心均由硅钢片叠压而成。定子上均匀分布六个磁极，磁极上装有线圈，相对两个极上的线圈串联起来组成三个独立的绕组，称为三相绕组。转子是四个均匀分布的齿，齿宽等于定子主磁极端面的有效宽度，转子上没有绕组，本身亦无磁性。 图2三相单三拍运行时反应式步进电动机工作原理 当A相绕组通电且B相、C相绕组都不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，因而转子齿1和齿3的轴线与定子A极轴线对齐（负载转矩为零时），如图2(a)所示。 当A相断电且B相通电时，转子便逆时针方向转过30°，使转子齿2和齿4的轴线与定子B极