《数控机床电气控制》课件第3章.ppt

图3-35混合式的进电动机细分时的控制电流波形在三相、五相步进电机中,定子极数随之增加，相应地增加了通电循环的拍数，在一定的转子齿数下，可获得更小的步距角。其结构原理与二相步进电机相似。因为混合式的步进电动机转子上有永磁钢，所以产生同样大小的转矩，需要的励磁电流大大减小。它的励磁绕组只需要单一电源供电，不像反应式需要高、低压电源。同时，它还具有步距角小、启动和运行频率较高，以及不通电时有定位转矩等优点，所以现在已在数控机床、计算机外围设备等领域内得到日益广泛的应用。2．主要特性1)步距角的步距误差步进电动机每走一步，转子实际的角位移与设计的步距角存在有步距误差。连续走若干步以后，上述步距误差形成累积值，因为转子转过一圈后，回至上一转的稳定位置，所以步进电动机步距的误差不会无限累积，在一转的范围内存在一个最大累积误差。步距误差和累积误差通常用度、分或者步距角百分比表示。影响步距误差的主要因素有：转子齿的分度精度、定子磁极与齿的分度精度；铁心迭压及装配精度；气隙的不均匀程度；各相激磁电流的不对称度。2)静态矩角特性所谓静态,是指步进电动机不改变通电状态，转子不产生步进运动的工作状态。步进电动机某相通以直流电流时，空载下该相对应的定、转子齿对齐，这时转子输出转矩为零。若在电动机轴上加一顺时针方向的负载转矩ML，步进电机转子则按顺时针方向转过一个小角度θ，并重新稳定，这时转子电磁转矩Mm和负载转矩ML相等，称Mm为静态转矩，称θ角度为失调角。描述步进电动机稳态时，电磁转矩Mm与失调角θ之间的曲线称为矩角特性或静转矩特性。3)启动惯频特性在负载转矩ML=0的条件下，步进电动机由静止状态突然启动，不失步地进入正常运行状态所允许的最高启动频率，称为启动频率或突跳频率，超过此值就不能正常启动。启动频率与机械系统的转动惯量有关，包括步进电动机转子的转动惯量，加上其他运动部件折算至步进电动机轴上的转动惯量。图3-36表示启动频率与负载转动惯量之间的关系。随着负载惯量的增加，启动频率下降。若同时存在负载转矩ML，则启动频率将进一步降低。在实际应用中，由于ML的存在，可采用的启动频率要比惯频特性还要低。图3-36启动惯频特性4)连续运行频率步进电动机启动后，当控制的脉冲频率在连续上升时，能不失步运行的最高脉冲重复频率称为连续运行频率。转动惯量主要影响运行频率连续升降的速度，而步进电动机的绕组电感和驱动电源的电压对运行频率高低影响很大。在实际应用中，由于启动频率比运行频率低得多，通常采用自动升降频的方式，先在低频下使步进电动机启动，然后逐渐升至运行频率。当需要步进电动机停转时，先将脉冲信号的频率逐渐降低至启动频率以下，再停止输入脉冲，步进电动机才能不失步地准确停止。5)矩频特性矩频特性是描述步进电动机在负载惯量一定且稳态运行时的最大输出转矩与脉冲重复频率的关系曲线。步进电动机的最大输出转矩随脉冲重复频率的升高而下降，这是因为步进电动机的绕组是感性负载，在绕组通电时，电流上升减缓，使有效转矩变小。绕组断电时，电流逐渐下降，产生与转动方向相反的转矩，使输出转矩变小。随着脉冲重复频率的升高，电流波形的前后沿占通电时间的比例越来越大，输出转矩也就越来越小。当驱动脉冲频率高到一定的程序，步进电机的输出转矩已不足以克服自身的摩擦转矩和负载转矩时，步进电机的转子会在原位置振荡而不能作旋转运动，称作电动机产生堵转或失步现象。步进电动机的绕组电感和驱动电源的电压对矩频特性影响很大，低电感或高电压，将获得下降缓慢的矩频特性,如图3-37所示。图3-37连续运行矩频特性由图3-37还可以看出，在低频区，矩频曲线比较平坦，电动机保持额定转矩。在高频区，矩频曲线急剧下降，这表示步进电机的高频特性差。因此，步进电机作为进给运动控制，从静止状态到高速旋转需要有一个加速过程。同样，步进电机从高速旋转状态到静止状态也要有一个减速过程。没有加速过程或者加减速不当，步进电动机会出现失步现象。3.4直流伺服电动机自动控制系统对伺服电动机的性能要求可概括为：（1）无自转现象:控制信号为零时电机继续转动的现象称为“自转”现象，消除自转是自控系统正常工作的必要条件。在控制信号来到之前，伺服电动机转子静止不动；控制信号来到之后，转子迅速转动；当控制信号消失时，伺服电动机转子应立即停止转动。（2）空载始动电压低:电动机空载时，转子不论在任何位置，从静止状态开始启动至连续运转的最小控制电压称为始动电压，始动电压越小，表示电动机的灵敏度越高。（3）机械特性和调节特性的线性度好: