接口技术-15-16学年2学期.ppt

三、步进电机 步进电机：将电脉冲信号直接转变成与脉冲数成正比的角位移或直线位移量的执行元件。其速度与脉冲频率成正比。 步进电机按转矩产生的原理分： 反应式（variable reluctance，VR）步进电机 永磁式（permanent magnet，PM）步进电机 混合式（hybrid，HB）步进电机 专业术语： 1）齿距角：转子牙齿之间的角度。 2）步距角：对应一个脉冲信号，转子转过的角位移。 3）失步：电机运转时运转的步数不等于理论步数。 4）步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。 5）最大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。 6）最大空载的运行频率： 电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。 7）运行矩频特性： 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据 8)一拍：绕组通电一次的操作 失步分析 1、转子的转速慢于旋转磁场的速度，或者说慢于换相速度。例如启动时，脉冲频率较高，电机来不及获得足够的能量，无法使转子跟上旋转磁场的速度。 2、转子的平均速度大于旋转磁场的速度，主要发生在制动和突然换向时，转子获得过多的能量，产生严重的过冲。 ⑴反应式步进电机的结构 图4.18三相反应式步进电机结构 转子和定子两部分 定子是由硅钢片叠成的，每相有一对磁极(N、S极)，每个磁极的内表面都分布着多个小齿，它们大小相同，间距相同。该定子上共有3对磁极。每对磁极都缠有同一绕组，也即形成一相，这样3对磁极有3个绕组，形成三相。可以得出，四相步进电动机有4对磁极、4相绕组；五相步进电动机有5对磁极、5相绕组；依此类推。 转子是由软磁材料制成的，其外表面也均匀分布着小齿，这些小齿与定子磁极上的小齿的齿距相同，形状相似 步进电机的工作原理 齿距角： 电机运动动力：电磁力。在电磁力作用下，转子被强行推动到最大磁导率（或最小磁阻）位置（定子和转子的小齿对齐），并处于平衡状态，对于三相步进电机来说，当某一相磁极处于最大磁导位置时，另外两相必须处于非最大磁导位置。 对齿：定子小齿和转子小齿对齐的状态 错齿：不对齐状态。 错齿的存在是步进电机能够旋转的前提条件，步进电机的结构必须保证有错齿的存在。 转子上均布40个齿。 ⑵反应式步进电机的工作原理 转子的齿数为Z，它的齿距角 步进电机的步距角 步进原理：给处于错齿状态的相通电，转子在电磁力作用下，将向磁导率最大的位置转动，趋于对齿状态转动。 A相通电：A相定子磁极上小齿与转子齿对齿，B、C相错齿。 A相断，B相通电：转子转动1/3齿距角，B相与转子对齿;C相错1/3齿距角;A相与转子错2/3齿距角。 B相断，C相通电：转子又转动1/3齿距角，C相与转子对齿;A相错1/3齿距角;B相与转子错2/3齿距角。 C相断，A相通电：转子又转动1/3齿距角，A相与转子对齿;B相错1/3齿距角;C相与转子错2/3齿距角。 所有状态和最初一样，但转子累计转过一个齿距。 一拍：绕组通电一次的操作，转子每拍走一步，转一个齿距角需要3步，转子走一步转过的角度称为步距角： 反应式步进电机对结构要求： 1、定子绕组磁极的分度角（如三相的1200和2400）不能被齿距角整除，否则无法形成错齿。 2、定子绕组磁极的分度角被齿距角除后所得的余数，应是步距角的倍数，而其倍数值与相数不能有公因子，否则无法形成对齿。 步进电机的工作方式 对于三相步进电机则有单拍（简称单三拍）方式、双相三拍（简称双三拍）方式、三相六拍方式。 ⑴单三拍工作方式，通电顺序为 A→ B → C → A ⑵双三拍工作方式，通电顺序为 AB → BC → CA → AB ⑶三相六拍工作方式，通电顺序为 A → AB → B → BC → C → CA → A 如果按上述三种通电方式和通电顺序进行通电，则步进电机正向转动。反之，如果通电方向与上述顺序相反，则步进电机反向转动。 单三拍和双三拍不同： 1）双三拍工作时，所产生的磁场形状和单三拍时不一样； 2）磁导率最大位置并不是转子处于对齿的位置，当AB两相通电时，最大磁导率的位置是转子齿与A、B两相磁极的齿分别错±1/6个齿距角的位置 步进电机的单片机控制 基本控制： （1）控制换相顺序 通电换相顺序严格按照步进电机的工作方式进行。通常把通电换相这个过程称为脉冲分配。 (2)步进电机转向控制 按给定的工作方式正序通电换相，步进电机正转；按反序通电换相，电机反转。 （3）步进电机速度控制 给定一个控制脉冲，转一步，两个脉冲的间隔时间越短，电机转得越快。 一、