数控伺服系统解读.ppt

步进电动机 1、步进电动机的定义： 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。 步进电动机又称为电脉冲马达，是伺服电动机的一种。它是开环控制元件。 步进电机实质上是一种数模转换装置。 2、步进电动机名字的由来： 电脉冲信号一个一个地输入，电动机便一步一步地转动，步进电动机的名字因之得名。 步进电动机的两种工作状态 1、运转 当有脉冲输入步进电动机时，步进电动机就一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。 2、定位 当没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置，处于定位状态。 步进电动机的应用 由于步进电机的成本较低，易于采用计算机控制，被广泛应用于开环控制的伺服系统中。如数控机床中等。  1、步距角： 当步进电动机每输入一个电脉冲时，它便转过一个固定的角度，这个角度称为步距角，简称为步距。 2、步进电动机的位移量与输入脉冲数严格成比例，转速与脉冲频率和步距角有关。 3、控制输入脉冲数量、频率及电动机各项绕组的接通次序，可以得到各种需要的运行特性。 步进电动机的结构和工作原理 1、结构特点 步进电动机在结构上分为定子和转子两部分。定子由硅钢片叠成，装上一定相数的控制绕组。转子用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构。 反应式步进电动机：转子本身没有励磁绕组。 永磁式步进电动机：转子由永久磁铁做的。 由环形分配器送来的脉冲信号，对定子绕组轮流通电，设先对A相控制绕组通电，而B相和C相不通电。由于磁通具有力图沿磁阻最小路径通过的特点，图a中转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐，即在电磁吸力的作用下，将转子1、3齿吸引到A极下，此时转子只受径向力，无切向力，转矩为0，转子自锁在这个位置上，而B、C两项的定子齿与转子齿在不同方向上各错开30度。 如果A、C相断电，B项通电，此时转子受反应转矩而转动，使转子齿2、4与定子极B、B’对齐，转子在空间上逆时针转过30度，即前进了一步，转过一个步距角，如图b所示。同样，若A、B相断电，C项通电，此时转子也受反应转矩而转动，使转子齿1、3与定子极C、C’对齐，转子在空间上逆时针转过30度，即前进了一步，转过一个步距角，如图c所示。 若转子按A-B-C-A顺序不断地接通和断开控制绕组，电动机便按一定的方向一步一步地转动，若按A-C-B-A的顺序通电，则电动机反向一步一步转动。 在步进电机中，控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍，每一拍转子就转过一个步距角，上述的运行方式每次只有一个绕组单独通电，控制绕组每换接三次构成一个循环。 3、步进电动机的通电方式 1、拍：从一种通电状态转换到另一种通电状态。 2、单：每次切换前只有一相绕组通电。 3、双：每次切换前有两相绕组通电。 4、三相单三拍通电：步进电机若以A-B-C-A方式通电，因为定子绕组为三相，每一次只有一相绕组通电，而每一个循环只有三次通电，故称为～。 三相单三拍通电方式下，步距角为30 ° 。 5、三相六拍通电：步进电机若按A-AB-B-BC-C-CA-A的方式循环通电，则称为～。 三相六拍通电方式下，步距角为15 ° 。 6、三相双三拍通电：步进电机若按AB-BC-CA-AB的方式循环通电，则称为～。 三相双三拍通电方式下，步距角为30 °，与单相单三拍时的步距角相同。 对于同一台步进电动机，其通电方式不同，步距角可能不一样，采用单、双拍通电方式，其步矩角是单拍或双拍的一半；采用双极通电方式，其稳定性比单极要好。 上述构的步进电动机无论采用哪种通电方式，角距角要么为30°，要么为15°，都太大，无法满足生产中对精度的要求，在实践中一般采用转子齿数很多、定子磁极上带有小齿的反应式结构。  定子极面上的小齿与转子上的小齿应符合下面的规律：当A相的定子齿和转子齿对齐时，B相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向相差1/3齿距，C相的定子齿应相对于转子齿顺时针方向相差2/3齿距，即当某一磁极下定子与转子牛仔 相对时，下一相磁极下定子与转子齿的位置则刚好错开 ，其中， 为齿距， 为模数。再下一个磁极定子与转子的齿则错开 。 当步进电动机定子绕组按A-B-C-A的顺序轮流通电时，转子就沿顺时针方向一步一步地转动，各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。 设转子的齿数为Z，则齿距为：