第13章步进电机控制系统.ppt

* * 第十三章 步进电动机传动控制系统 11.1 步进电动机结构与工作原理  步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。 步进电动机的分类： 工作原理 反应式 永磁式 混合式 输出转 矩大小 快速步进电机 功率步进电机 励磁相数 二、三、四、五、六、八相等 角位移 输入脉冲个数 运行速度 输入脉冲频率 一、步进电动机的组成 如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图 定子：由定子铁心、绕组、绝缘材料等组成 励磁绕组由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。如图所示。 转子：由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材料叠压而成的齿形铁心。 二、步进电动机的工作原理 给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。 工作原理 T11-2.SWF 结论： 通电顺序为A—B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动通电顺序改为A－Ｃ－Ｂ－Ａ，时，转子按逆时针方向一步一步转动。T11-3.SWF 三、步进电动机的通电方式 1. 单相通电方式：指对每相绕组单独轮流通电，对于三相步进电动机： 正转：A－B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动。 反转：A－Ｃ－Ｂ－Ａ时，转子按逆时针方向一步一步转动。 2. 单、双拍工作方式： 正转：A-AB-B-BC-C-CA-A 反转：A-CA-C-BC-B-AB-A 3. 双拍工作方式： 正转：AB-BC-CA-AB 反转：AC-CA-BC-AC 四、步进电动机的步距角 由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过的角度称为步距角。T11-2.SWF ?＝360?/ZKm 其中：Z－转子齿数 m－定子绕组相数 K－通电系数 K=1,2 若二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角 若按单、双通电方式运行时，步距角 由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为： 五、步进电动机的主要性能指标 1. 步距角 2. 最大工作频率：在转子不失步的情况下，电动机连续工作时，输入脉冲信号的最大频率。T11-2.SWF 3. 最大突跳频率：在转子不失步的情况下，电动机能增加和减小的最大频率。 4. 步距差：理想的步矩角与实际的步矩角之差。 5. 输出转矩：电动机轴上的输出转矩的大小 步进电动机的输出转矩与脉冲频率的函数关系称为矩频特性。 13.2 步进电动机的驱动电源 一、驱动电源的组成 脉 冲 分 配 器 功放电路 三 相 步 进 电 机 负载 功率电源 分配器电源 功放电路 功放电路 功率放大器 步进脉冲 方向信号 A B C 脉冲分配器+功率放大电路 1. 脉冲分配器 当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-B-C的顺序循环产生脉冲。 当方向电平为高时，脉冲分配器的输出按A-C-B的顺序循环产生脉冲。 2.功率放大器 将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供电，使电动机的转子产生输出转矩。 二、步进电动机的脉冲分配器 步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现。 硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。 软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。 1.硬件环形分配器 A相 B相 C相 序号 控制信号状态 输出状态 导电绕组 CAJ CBJ CCJ QA QB QC 0 1 1 0 1 0 0 A 1 0 1 0 1 1 0 AB 2 0 1 1 0 1 0 B 3 0 0 1 0 1 1 BC 4 1 0 1 0 0 1 C 5 1 0 0 1 0 1 CA 6 1 1 0 1 0 0 A 2．软件环形分配 软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输