《机电一体化系统设计》第4章_伺服系统设计教程讲解.ppt

步进电机内部结构 步进电机的内部构造 * 步进电动机的工作原理与特点 原理：步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。 特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比. * 工作方式 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。 一、三相单三拍 （1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为： A 相 ? B 相 ? C 相 通电顺序也可以为： A 相 ? C 相? B 相 * （3）工作过程 引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩， 使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。 A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 C A B B C A 3 4 1 2 * C A B B C A 3 4 1 2 B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30?； 1 C 3 4 2 C A B B A C相通电再转30? * 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。 三相单三拍的特点： （1）每来一个电脉冲，转子转过 30?。此角称为步距角，用?S表示。 （2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。 * 二、三相单双六拍 三相绕组的通电顺序为： A?AB?B?BC?C?CA?A 共六拍。 工作过程： A相通电，转子1、3齿和A相对齐。 C A B B C A 3 4 1 2 * 所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了15°。 （1）BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针 方向转动。 A、B相同时通电 （2）AA 磁场继续对1、3齿有拉力。 C A B B C A 3 4 1 2 * 总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为15?。 C A B B C A 3 4 1 2 B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15?。 * 三、三相双三拍 三相绕组的通电顺序为： AB ? BC ? CA ? AB 共三拍。 AB通电 C A B B C A 3 4 1 2 C A B B C A 3 4 1 2 BC通电 * 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。 工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转30?，即 ?S = 30?。 CA通电 C A B B C A 3 4 1 2 步距角： 步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，转子转过的角度称步距角。 ? 转子齿数越多，步距角 越小 ? 定子相数越多，步距角 越小 ? 通电方式的节拍越多，步距角 越小 式中：m －定子相数 Z － 转子齿数 C －通电方式 C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式 C = 2 单、双相轮流通电方式 常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机： 五相步进电机： 步进电机的实际结构 ? 控制输入给步进电机的脉冲数目可以控制步进电机的角位移 结论 ? 控制输入给步进电机的脉冲的频率可以控制步进电机的转速 ? 控制步进电机定子绕组的通电顺序可以控制步进电机的转动 方向 步进电机的驱动控制 进给 脉冲 至步进 电机绕阻 1. 脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合为正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路 将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲 3. 加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数。 4. 环形分配器 将来自加减速电路的一系列进给脉冲转换成控制步进电机定子绕阻通、断电的电平信号，电平信号状态的改变次数