第7章 步进电机

第七章 步进电机一、步进电机的概述n 1、定义n 步 进电机 是将电 脉冲 信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。n 特点在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个 步距角 。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。n 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机， 交流电机 在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。n 因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 二、步进控制系统的组成1、主要由以下三部分组成1 ）、控制器（ plc mcu 定位控制模块）2 ） 、步进驱动器3 ） 、步进电机和工作台n 外观图步进电机 步进驱动器n 2、硬件接线1、步 进电 机、步 进驱动 器和 plc间 的硬件接 线步进电机、步进驱动器和 plc间的硬件接线三、步进电机工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，点击的转速、停止的位置只取决于控制脉冲信号的频率和脉冲数 .脉冲数越多，电机转动的角度越大；脉冲的频率越高，点击转速越快，但不能超过最高频率，否则点击的力矩迅速减小，电机不转。分 类方式具体 类 型按力矩产生的原理1. 反 应 式： 转 子无 绕组 ，由被激磁的定子 绕组产生反 应 力矩 实现 步 进 运行2. 激磁式：定、 转 子均有激磁 绕组 （或 转 子用永久磁 钢 ），由 电 磁力矩 实现 步 进 运行。按 输出力矩大小1. 伺服式： 输 出力矩在百分之几至十分之几（ N.m），只能 驱动较 小的 负载 ，要与液 压 扭矩放大器配用，才能 驱动 机床工作台等 较 大的 负载 。2. 功率式： 输 出力矩在 550（ N.m）以上，可以直接 驱动 机床工作台等 较 大的 负载 。按定子数1） 单 定子式 2）双定子式 3）三定子式 4)多定子式按各种绕组分布1. 径向分布式： 电 机各相按 圆 周依次排列2. 轴 向分布式： 电 机各相按 轴 向依次排列n 步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。n 当某相定子励磁后，它吸引转子，转子的齿与该相定子磁极上的齿对齐，转子转动一个角度，换一相得电时，转子又转动一个角度。如此每相不停地轮流通电，转子不停地转动。 n 上述控制方式三相单三拍，得电顺序是ABCA,电机逆时针转动n 上述控制方式三相单三拍，得电顺序是ACBA,电机顺时针转动n 所以电机运行的方向和通电的相序有关，改变通电的相序，电机的运行方向也就改变。n 1:上述介绍的是三相单三拍的工作过程，除此之外还有三相双三拍，三相六拍等工作方式。双相双三拍得电方式同事两相绕组通电：如 ABBCCAAB三相六拍的控制方式是：AABBBCCCAAn 2:电机的转速和相序切换的频率有关，切换得越快，电机转动的越快。电机转动的方向和相序有关。n 3:电机每拍转动的角度，称步距角，步 距角和电机的结构有关。其中 m=定子绕组的相数， z=转子齿数， k为通电方式，当是 m相 m拍时， k=1；当是 m相 2m拍时， k=2.如上例中，m=3， z=4， k=1. =360/(3x4x1)=30四、步进驱动器原理 n 从步进电机的转出原理可以得出，要使步进电机正常运行，必须按规律控制步进电机的每一相绕组得电。步进驱动器接受外部的信号是方向信号 DIR脉冲信号 CP。另外步进电机在停止时，通常有一相得电，电机的转子被锁住，所以当需要转子松开时，可以使用脱机信号FREE.环型分配器的功能：环型分配器的功能是把外部 cp段送进的脉冲进行分配，给功率放大器，功率放大器相应相得晶体管导通，步进电机的线圈得电。步进电机、步进驱动器和 plc间的连接 五、步进驱动器有关细分的设置n 什么叫细分？为了提高步进电动机的精度，现在的步进驱动器都有细分的功能，所谓细分，就是通过驱动器中电路的方法把步距角减小。n 比如把步进驱动器设置成 5细分，假设原来步距角 1.8，那么设成 5细分后，步距角就是 0.36。也就是说原来一步可以走完的，设置成细分后需要走 5步。n 步进驱动脉冲的频率和输出转矩的关系n 当输出频率超过步进电机的最高频率的时候，输出转矩会急速下降。n 步进驱动器细分的设置方法DIP开关功能与细分设置表六、应用案例分析n 例一：控制步进电机转动规定的角度利用 plc作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。现有步进电机，步距角是 1.8要求设置 4细分，电机的额定电流是 2.2安控制要求：1）利用 plc控制步进电机顺时针转 2周，停 5s，逆时针转 1周，停 2s，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止（电机的轴锁住）。2）要求用静态电流半流控制步进电机。3）按下脱机按钮，电机的轴松开。n 解题过程：1) 硬件接线n 2) I/O定义：x0启动， x1停止， x2脱机；y0脉冲输出， y1控制方向， y2脱机控制3)设置细分和电流（ DIP）通过上表可设置：