第5章_控制电机与特种电机(新).ppt

三相步进电机除上述通电方式外，还有三相单双六拍通电方式，通电顺序为A－AB－B－BC－C－CA－A或 A－AC－C－CB－B－BA－A，这里“AB” 表示 A、B两相同时通电，依此类推。 采用这种通电方式时，当A相控制绕组单独通电时，转子齿l、3和定子齿A、A′对齐，如图(a)所示。 当A、B相控制绕组同时通电时，转子齿2、4在定子极B、B′的吸引下使转子沿顺时针方向转动，直至转子齿l、3和定子极A、A′之间的作用力与转子齿2、4和定子极B、B′之间的作用力相平衡为止，如图(b)所示。 当断开A相控制绕组而由相B控制绕组通电时，转子将继续沿顺时针方向转过一个角度，转子齿2、4和定子极B、B′对齐，如图(c)所示，依此类推。 5.4.1 基本工作原理 由上所述，同一台三相步进电动机由于通电方式不同，运行的步距角也不同。单三拍通电方式时，步距角为30゜，而采用六拍通电方式时，步距角为15゜，因为该方式下转子在两相定极同时通电时存在一个中间状态。可见采用单双拍通电方式时，步距角要比单拍电方式时减小一半。 电机在脉冲频率一定时，电机的相数和转子的齿数越多，则步距角θs就越小，转速也越低。 5.4.1 基本工作原理 步进电动机的步距角 C为通电状态系数，当采用单拍方式时，C＝l；而采用单双拍方式时，C＝2。m为步进电机的相数；Zr为步进电机转子齿数。 步进电动机的转速 若步进电机通电的脉冲频率为f（每秒的拍数），则步进电机的速度为 式中 f 为频率， n为转速。 5.4.1 基本工作原理 2．永磁式步进电动机 一般将转子使用永磁材料的步进电动机称作永磁式步进电动机。通常转子为一对极或几对极的星形磁钢，定子上绕有二相或多相绕组，定子每相的轴线对应于转子的轴线。 增加转子的磁极数及定子的齿数可以减小步距角，但转子要制成N—S相间的多对磁极是较困难的，同时定子极数及绕组线圈数也必须相应增加，这将受到定子空间的限制，因此永磁式步进电动机的步距角都较大。 5.4.1 基本工作原理 3．混合式步进电动机 混合式步进电动机是在永磁和变磁阻原理共同作用下运转的，故称为混合式或永磁感应式步进电动机。 通常转子装有一个轴向磁化永磁体用以产生一个单向磁场，其中一段经永磁体磁化为S极，另一段磁化成N极。定子的齿距和转子的齿距相同。它与反应式的主要区别是转子上置有磁钢。反应式电机转子无磁钢，输入能量全靠定子励磁电流供给，静态电流比永磁式大许多。 永磁感应子式电机具有驱动电流小、效率高、过载能力强等优点，是一种很有发展前途的步进电动机。 5.4.2 步进电动机的特点 1．步进电动机受数字脉冲信号控制，输出角位移与输入脉冲数成正比。 2．步进电动机的转速与输入的脉冲频率成正比。 3．步进电动机的转向可以通过改变通电顺序来改变。 4．步进电动机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电，电动机就可以保持在该固定位置。 5．易于直接与微机的I/O接口，构成开环位置伺服系统。 5.4.2 步进电动机的特点 6．步进电动机工作状态不易受各种干扰因素（如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等）影响，只要干扰未引起步进电动机产生“丢步”，就不会影响其正常工作。 7．步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差为“零”，不会长期积累。 步进电动机被广泛应用于开环控制结构的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。 5.4.3 步进电动机的主要性能指标和应用1．步进电动机的主要性能指标 （1）矩角特性及最大静转矩 矩角特性是控制绕组通电状态不变时，电磁转矩与转子偏转角的关系，即静态转矩与失调角的关系 。 最大静转矩是指在规定的通电相数下矩角特性上的转矩最大值。步进电动机的负载转矩必须小于最大静转矩，一般只能是最大静转矩的30%~50%。 按最大静转矩的大小可把步进电动机分为伺服步进电动机和功率步进电动机。伺服步进电动机的输出转矩较小，有时需要经过液压力矩放大器或伺服功率放大系统放大后再去带动负载。而功率步进电动机可直接带动负载，使系统简化，传动精度提高。 5.4.3 步进电动机的主要性能指标和应用1．步进电动机的主要性能指标 （2）步距角及步距角精度? 步距角是指输入一个电脉冲转子转过的角度。步距角的大小直接影响步进电动机的起动频率和运行频率。相同尺寸的步进电动机，步距角小的起动、运行频率较高。 步距角精度