两相混合式步进电机及其驱动技术22资料.ppt

* 如何产生阶梯波微步距？ 整步运行时，绕组电流每90°电角度转过一个整步距。 四细分时电流电角度为 90/4=22.5 °。 以22.5°的角度递增从0°到360°共有16个电角度；所对应的cos和sin值求出并整量化后作成数据表放在存储器中。 * * 电机运行时顺次取出表中数据并送到D/A转换器的输入端，则D/A转换器的输出即是阶梯正弦波和余弦波。 在恒流斩波电路中，绕组电流由电压Vg控制，因此将D/A转换器的输出加在Vg控制端就能在绕组中产生阶梯波。 D/A转换器 * 4. 步进电机的主要技术指标和特性 分辨率 ：每个工作节拍所对应的电机角位移。 以二相混合式步进电机为例， 在整步方式分辨率为1.8°； 在半步矩时分辨率为0.9°； 在4细分时分辨率为0.45°； 精度： 理论上的步距角和实际测量到的步距角之差。精度主要取决于制造和装配的精确度： 齿距加工误差和轴承安装偏心是影响精度的主要因素。 这个误差是非积累的。 步进电机的精度指标是在电机空载情况下定义的。 在有载情况下其精度主要由电机的矩角特性决定。 * 矩角特性 电机工作在单四拍工作方式 转子在外力矩作用下产生一个偏移角最大值TH即保持力矩。 当偏移角达到3.6°电磁转矩重又为零，这不是一个稳定的工作状态。 反向力矩作用下转子将滑向下一个齿对齿状态这种现象称为“失步” Θ=0 ° Θ=1.8° Θ= 3.6° * 假定电机工作在单四拍工作方式（分析结论对其它工作方式同样适用），一相绕组通电后如果电机轴上不施加负载，则N极定子齿与S段转子齿（或S极定子齿与N段转子齿）成齿对齿状态，如图a）所示。 如这时在电机轴上施加一负载力矩Tf，则转子在外力矩作用下将产生一个偏移角即定子齿和转子齿错开一个角度，如图b）所示。定子磁极的吸引作用产生电磁力矩Te，且随偏移角的增大而增大，当 即定子和转子错开1/4齿距时达到最大值TH（即保持力矩）。 再增大时，邻近定子齿的吸引力将产生反向力矩使总的电磁力矩减小。 此时若继续增大负载力矩，转子偏移角继续增大，电磁力矩随着反向力矩的增大而逐渐减小。当偏移角达到3.6°即转子转过1/2齿距时，两个邻近定子齿对转子齿产生的吸力作用大小相等方向相反，电磁转矩重又为零。 但这不是一个稳定的工作状态，因为此时若撤除负载力矩，转子将回复到 的状态；若负载力矩再增大一点儿，在反向力矩作用下转子将滑向下一个齿对齿状态——与初始状态偏离了一个齿距即7.2°的状态，这种现象称为“失步”。在失步状态下若负载转矩仍保持不变则转子将连续旋转完全失去控制。 * 关于步进电机位置误差的结论 在静态情况即电机运动终止时，若电机轴上存在着摩擦转矩或非平衡转矩，为了产生电磁力矩以平衡这些外力矩，系统必然存在着静态位置误差。 误差的大小取决于负载力矩和电机本身的静态刚度。同一台电机负载转矩越大则误差越大。在相同负载的情况下，电机的静态刚度越大误差越小。 最大的位置误差为一整步矩角（对两相混合式步进电来说为1.8°）。如果负载转矩过大使误差超过一个整步距角，则电机将产生“失步”——这是非正常的运行状态。 误差是由步进电机系统的开环结构所决定的 * 矩频特性 矩频特性最重要的特点是电机产生的力矩 随电机速度的升高而逐渐下降 速度升高时力矩下降是由于定子绕组时间 常数的影响。 高电源电压 能降低这些影响。 步进电机不适宜应用在高速运动的场合。 * 矩频特性最重要的特点是电机产生的力矩随电机速度的升高而逐渐下降，这样的特点决定了步进电机不适宜应用在高速运动的场合。 造成这种特点的原因是： 由于存在电气时间常数，电流必须经过一定的时间才能达到稳态值。 在低速时，脉冲的频率较低，即脉冲宽度较宽，电流有足够的时间达到要求的电流值。 随着电机转速的升高，脉冲电压的频率升高而宽度变窄，电流上升的时间成为脉冲宽度的主要部分，这意味着平均电流的减少，电机的力矩开始下降。 此时，斩波器已停止工作，电流的值完全由电源电压Vcc决定，Vcc越高，电流上升的得越快，也即在一个窄脉冲内能达到较高的值，电机的输出力矩越大。 综合以上的分析我们可以得出：低速时电机的力矩取决于驱动器内电流建立值Vg；而在高速时电机的力矩由电源电压决定而与电流建立值无关 * 依据矩频特性选择步进电机 步进电机没有过载能力。无论工作在加、减速还是匀速状态都必须在由矩角特性围成的可利用的区域之内，否则将引起“失步”现象。 首先计算出要求电机输出的最大力矩及最高转速。 外部因素可能使摩擦增大，电机的谐振也可能会消耗掉部分转矩，应提供50%左右的力矩储备