步进电动机传动控制讲义.ppt

第十三章 步进电动机传动控制;步进电动机;对步进电动机施加一个电脉冲后，其转轴就转过一个角度，称为一步（步距角） 。 脉冲数增加，直线或角位移随之增加；脉冲频率高，则电动机旋转速度就高； 改变分配脉冲的相序，电动机便逆转。;步进电动机是受其输入信号，即一系列的电脉冲控制而动作的。 步进电动机、驱动电源和控制器构成步进电动机传动控制系统;步进电机的优点;步进电动机的应用;3.1.1 步进电动机的结构与工作原理;2、 工作原理;结论： 当通电顺序为U—V—W—U时，转子便按顺时针方向一步一步地转动。 每换接一次，则转子前进一步，一步所对应的角度称为步距角(30 °) 。 电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进一个齿距的位置，一个齿距所对应的角度称为齿距角(此例中转子有四个齿，齿距角为90 °)。;（2）通电方式;2)双相轮流通电方式 “双”是指每次有两相绕组通电 这种通电分配方式叫做m相双m状态， 按照UV—VW—WU—UV称为三相双三拍通电，步距角为30° 。; 当U和V两相同时通电时，转子稳定位置将会停留在U、V两定子磁极对称的中心位置上，三相六拍步距角为15°。;13.1.2 小步距角电动机;定子;转子;若和U相磁极中心对齐的转子齿为1号齿，因V相磁极与U相磁极差120°，且120°/9°=13（1/3），故转子齿不能与V相定子齿对齐，只有13号小齿靠近V相磁极的中心线，与中心线相差3°；;电机转动的工作原理;步距角; 若步进电动机的Z＝40时，其步距角为;1、按工作原理分类 励磁式：电机的定子转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转 动。 反应式：转子无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使 转子转动。这是我国步进电动机发展的主要类型 特点：气隙小，定位精度高；步距较小，控制准确；励磁 电流大，要求驱动电源功率大；电动机内部阻尼较 长，相数小时，单步运行震荡时间较长；断电后无 定位转矩，使用中需自锁定位。;永磁式：转子或定子的某一方具有永久磁钢，另一方是 由软磁材料制成。绕组轮流通电，建立的磁场 与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。 特点：控制精度不高，控制功率小，效率高；内阻尼 较大，震荡时间短；断电后有一定的自锁功能 混合式(即永磁感应子式) 它与反应式的主要区别是转子上置有磁钢。永磁感应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 特点：驱动电流小，效率高，过载能力强、控制精度 高，代表着步进电机的发展趋势 ;快速步进电动机 该类电动机输出转矩一般为0.07 N.m～4 N.m。可控制小型精密机床的工作台(例如，线切割机床)。 功率步进电动机 其输出转矩一般为5 N.m～40 N.m。可直接驱动机床移动部件。;13.2 步进电动机的环形分配器;典型的步进电机控制系统的组成;13.2.2 步进电动机的环形分配器;1.硬件环形分配器;;;表3.1 环形分配器逻辑真值;; CH250是专为三相反应式步进电动机设计的环形分配器，这种集成电路采用CMOS工艺，集成度高，可靠性好。它的管脚图及三相六拍工作时的接线图如图3．9所示;;1;2. 软件环分;2. 软件环分 ;根据8031单片机的基本原理，对P1.0、P1.1、P1.2位编程使其按表13.2规定改变输出状态就实现了三相六拍分配任务。;;;;13.3 步进电动机的驱动电路;13.3.1 单电压限流型驱动电路;;13.3 步进电动机的驱动电路;13.3.2 双电压驱动电路;13.3.2 双电压驱动电路;13.3.2 双电压驱动电路;13.3.3 斩波驱动电路;13.3.4 升频升压驱动电路;13.3.5 细分驱动电路;实现阶梯波供电的方法;13.3 步进电动机的驱动电路; 13.4 步进电动机的运行特性及使用;初始稳定平衡位置:指单相通电时，步进电动机在空载情况下，转子齿将和通电相磁极上的小齿对齐，此位置为~； 偏转角θ：转子齿偏离初始平衡位置的角度θ(空间角)。;1 矩角特性;2、 单步运行特性;在空载时，稳定平衡位置对应于θ=0°处，而θ=180 °则为不稳定平衡位置。 在静态情况下，如受外力矩的作用使转子偏离稳定平衡位置，但没有超出相邻的不稳定平衡点，则当外力矩除去以后，电动机转子在静态转矩作用下仍能回到原来的稳定平衡点，所以二个不稳定平衡点之间的区域构成静态稳定区。 ;若改