《机电传动控制》课件第7章.ppt

2.矩角特性

矩角特性是反映步进电动机电磁转矩T随偏转角θ变化的关系。定子一相绕组通以直流电后，如果转子上没有负载转矩的作用，则转子齿和通电相磁极上的小齿对齐，这个位置称为步进电动机的初始平衡位置。当转子有负载作用时，转子齿就要偏离初始位置，由于磁力线有力图缩短的倾向，从而产生电磁转矩，直到这个转矩与负载转矩相平衡。转子齿偏离初始平衡位置的角度就叫转子偏转角θ(空间角)。若用电角度θe表示，则由于定子每相绕组通电循环一周(360°电角度)，对应转子在空间转过一个齿距(τ=360°/Z空间角度)，故电角度是空间角度的Z倍，即θe=Zθ。而T=f(θe)就是矩角特性曲线。可以证明，此曲线可

近似地用一条正弦曲线表示，如图7-54所示。从图可以看出，θe达到±π／2时，即在定子齿、转子齿错开1／4个齿矩时，转矩T达到最大值，称为最大静转矩Tjmax。步进电动机的负载转矩必须小于最大静转矩，否则，根本带不动负载。为了能稳定运行，负载转矩一般只能是最大静转矩的30％～50％。这一特性反映了步进电动机带负载的能力，是步进电动机最主要的性能指标之一。图7-54步进电动机的矩角特性3.脉冲信号频率对步进电动机运行的影响

当脉冲信号频率很低时，控制脉冲以矩形波输入，电流波形比较接近于理想的矩形波，如图7-55(a)所示。图7-55脉冲信号的畸变(a)频率很低;(b)频率增高;(c)频率很高如果脉冲信号频率增高，则由于电动机绕组中的电感有阻止电流变化的作用，电流波形将发生畸变，变成图7-55(b)所示波形。在开始通电瞬间，由于电流不能突变，其值不能立即升起，故使转矩下降，使启动转矩减小，从而有可能启动不起来;在断电的瞬间，电流也不能迅速下降，而产生反转矩使电动机不能正常工作。如果脉冲频率很高，则电流还来不及上升到稳定值，就开始下降，于是，电流的幅值降低(由I下降到I′)，变成图7-55(c)所示波形，因而产生的转矩减小，使带负载的能力下降。故频率过高会使步进电动机启动不了或运行时失步而停止。因此，对脉冲信号频率是有限制的。在工业企业中，大量应用电动机作为原动机去拖动各种生产机械。这些生产机械往往要求在不同情况下，以不同的速度工作，这就要求采用一定的方法来改变生产机械的工作速度。

最常采用的方法是对电动机转速进行调节来实现，例如，改变直流电动机的电枢电压或交流电动机的定子电压，都可在一定范围内改变它们的转速。7.5单片机在机电传动系统中的应用现在，电力拖动系统中已大量采用晶闸管(可控硅元件)作为可调电源向电动机供电，从而取代笨重的电动机-发电机组以及饱和电抗器的控制方式，由此获得了投资少、占地小、无噪音、运行费用低和效率高等效果。这种可控硅-电动机调速系统的基本做法是：利用改变可控硅的控制角(或逆变角)来调节电动机的供电电压或励磁电流，从而达到平滑调速的目的。为了满足生产实际对调速精度的要求，这种系统往往做成闭环调节系统。典型的可控硅闭环调速系统主要由6部分组成，即电动机、可控硅变流装置、触发器、调节器、转速(电流)检测和反馈环节。对电力拖动系统进行计算机控制，就是用计算机取代常规的电子控制装置(触发器、调节器等)，对系统实现数字触发、数字测速、数字调节的所谓全数字化控制。图7-56给出了单片计算机组成的电动机调速系统一般结构框图。单片机在系统中处理的内容与步骤如下：

(1)通过I/O口将速度信息取入。

(2)将给定速度与实际速度进行比较，计算速度偏差。(3)根据偏差计算控制角α。图7-56电动机调速系统的结构图(4)判断此控制角是否在规定范围内。

(5)如超过限制范围，则修正控制角。

(6)输出实际控制角α。

若为调节转速和电流(电压)的双闭环系统，则还应该增加有关处理电流(电压)内环的内容。

本节主要讨论以MCS-51系列8031单片机为基础的数字控制系统，具体介绍利用8031单片机及少量接口芯片如何组成数字触发器，如何实现数字测速，并给出控制系统中常用的PI调节程序。不难看出，使用803l单片机组成的交、直流调速系统，在实现高分辨率和高精度方面，较之普通的八位微机和低档单片机组成的系统，在结构和性能上都占有明显的优势。7.5.1组成高分辨率的数字触发器

当采用微型机组成触发控制装置时，通常使用定时／计数器来进行α角的移相控制。具体方法是：把计算得出的控制角换算成与α相对应的时间，从自然换相点开始由定时器

进行计时，计时时间到，便给可控硅发出一个触发信号，使可控硅导通，改变定时器的计时时间常