第3章步进电机与其控制课件.ppt

第3章 步进电动机的及其控制Stepping Motors;3.1 步进电动机的工作原理与特点;以反应式为例说明步进电机的结构和原理;3.1.1 步进电动机结构;;定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。;永磁式步进电机结构;混合式步进电机(Hybrid)结构;3.1.2 工作方式;（3）工作过程;C;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。;二、三相单双六拍;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°。;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?。;三、三相双三拍;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。;3-1-3 小步距角的步进电动机 ;转子的齿距等于360?/ 40=9 ? ，齿宽、齿槽各4.5 ?。;工作原理：假设是单三拍通电工作方式。;若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲， 转子只转 1.5? 。;3-1-4 步进电机的特点;步进机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距角。; 3) 转速;3.2 步进电机的特性;1）低频振荡： 当步进电动机工作在低频区时，由于励磁脉冲间隔的时间较长，步进电动机表现为单步运行。 当励磁开始时，转子在电磁力的作用下加速转动。在到达平衡点时。电磁驱动转矩为零，但转子的转速最大．由于惯性，转子冲过平衡点。这时电磁力产生负转还，转子在负转矩的作用下，转速逐渐为零，并开始反向转动。当转子反转过平衡点后。电磁力又产生正转矩，迫使转子又正向转动。如此下去，形成转子围绕平衡点的振荡。由于有机械摩擦和电磁阻尼的作用，这个振荡表现为衰减振荡、最终稳定在平衡点。;2） 低频共振： 当步进电动机的脉冲频率接近步进电动机的固有振荡频率或振荡频率的分频或倍频时，会使振荡加剧，严重时造成失步。;2、失 步： 步进电动机的失步原因有2种：;3、消除振荡——阻尼方法：机械阻尼法和电子阻尼法;3)细分步法 将步进电动机绕组中的稳定电流分成若干级，每进一步，电流升一级，也相对地提高步进频率，使步进过程平稳进行。;单相通电时矩角特性;?e=0 无切向力 Te=0;三相电机两相通电的矩角特性;3．单步运行与最大负载能力; 步进运行所能提供的连续的最大驱动转矩为A、B两条曲线的交点纵坐标Tq。只有当负载转短TL＜Tq时，步进电动机才能带动负载作步进运动。因此，Tq 称为最大负载转矩或启动转矩。;三相电机两相通电的矩角特性;3.2.3 步进电机的矩频特性;矩频特性下降的原因：;1)减小时间常数 可增大电阻。为了保证通电回路中的电流不变，在增加电阻的同时，还要提高电源电压。 2)改进工作方式 采用多相励磁的工作方式，例如，三相步进电动机的双三拍、六拍方式。多相励磁工作方式使每一相通电的时间延长，电动机就能获得较多的能量，使高额时输出的转矩增加。;3.3 步进电动机的驱动;2、驱动电源的组成;脉冲分配器 脉冲分配器根据指令把脉冲按一定的逻辑关系加到各相绕组的功率放大器上，使电机按一定方式运行，实现正、反转和定位。 传统电路：门电路+触发器组成 集成电路：如CH205(CMOS)三相六拍脉冲分配器;步进电动机单电压驱动电路;2、双电压驱动;双电压驱动原理;高低压驱动原理; 高低压驱动法是目前普遍应用的一种方法。由于这种驱动在低频时电流有较大的上冲，电动机低频噪声较大。存在低频共振现象，使用时要注意。; 斩波驱动电路 R 采样电阻,阻值很小 比较器输入：“-”端--采样电压 “+”端—给定电压;特点 T2每导通一次，Tl导通多次，绕组电流为锯齿波。 在T2导通期间，电源是脉冲式供电的，所以提高了电源效率，并且能有效地抑制共振。由于无需外接限流电阻所以提高了高频性能，但是，由于电流波形为锯齿形，将会产生较大的电磁噪声。 斩波供电只需单电源。;4、 细分驱动;;复习： D触发器 1、在时钟CLK信号上升沿指挥下，D型触发器能把D端的数据传输到输出端。输入端无CLK信号时，D端信号对触发器不起作用。 2、触发器做成IC产品时，其输入端还增加有置“0”端(CLR)或置“1”端。它们不受CLK和D信号的影响，具有最高的优先级。;当采样电压大于ua时、比较器输出低电平，使D触发器输出ub为低电平，Tl、T2截止，绕组的电流下降。当R2上的压降小于ua时，比较器输出高电平，使D 触发器输出高电平，T1、T2导通，绕组中的电流重新上升。;上述过程反复进行，使绕组电流的波顶为锯齿形。因为CLK的频率较高，锯齿形波纹很小。;关于细分驱动的说明 步进系统主要采用二相混合式步进电机及相应的细分驱动器。目前，采用细分技术已可将原步距角分成数百份。 细分不只