步进电机教学课件学习课件PPT.ppt

2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 7 4步进电动机一 概述二 反应式步进电动机的工作原理和分类三 反应式步进电动机的结构原理四 反应式步进电动机的运行特性五 步进电动机的电源 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 一 概述 步进电机是一种特殊电机 它是将输入的电脉冲转换成转子转过的角度 给一个脉冲转过一个角度 精度非常高 步进电机需要一个特殊电源 能够产生脉冲并分配脉冲 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 种类 有励磁式和反应式两种 两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈 反应式步进电机的转子上没有励磁线圈 应用 步进电机的应用非常广泛 如 在数控机床 自动绘图仪等设备中都得到应用 下面以三相反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 二 反应式步进电动机的工作原理和分类 步进电机主要由两部分构成 定子和转子 它们均由导磁材料构成 例下图分别有六个 四个齿 极 定子 转子 定子绕组 三相反应式 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 定子的六个磁极上有控制绕组 两个相对的磁极组成一相 注意 这里的相和三相交流电中的 相 的概念不同 步进机通的是直流电脉冲 这主要是指线图的联接和组数的区别 a b c 定子 转子 ia ib ic 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 工作方式 步进电机的工作方式可分为 三相单三拍 三相单双六拍 三相双三拍等 1 三相单三拍 1 三相绕组联接方式 y型 2 三相绕组中的通电顺序为 a相 b相 c相 通电顺序也可以为 a相 c相 b相 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 3 工作过程 a相通电使转子1 3齿和aa 对齐 c a b b c a 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 c a b b c a 3 4 1 2 同理 b相通电 转子2 4齿和b相轴线对齐 相对a相通电位置转30 c相通电再转30 1 c 3 4 2 c a b b a 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 转子有四个齿 每个齿3600 4 900 定子有三相 即m 3 转过的角度为300 后可知 s 3600 zrm 寻找规律 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 这种工作方式 因三相绕组中每次只有一相通电 而且 一个循环周期共包括三个脉冲 所以称三相单三拍 三相单三拍的特点 1 每来一个电脉冲 转子转过30 此角称为步距角 用 s表示 2 转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序 改变通电顺序即可改变转向 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 2 三相单双六拍 三相绕组的通电顺序为 a ab b bc c ca a共六拍 工作过程 a相通电 转子1 3齿和a相对齐 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 所以转子转到两磁拉力平衡的位置上 相对aa 通电 转子转了15 1 bb 磁场对2 4齿有磁拉力 该拉力使转子顺时针方向转动 a b相同时通电 2 aa 磁场继续对1 3齿有拉力 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 总之 每个循环周期 有六种通电状态 所以称为三相六拍 步距角为15 b相通电 转子2 4齿和b相对齐 又转了15 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 3 三相双三拍 三相绕组的通电顺序为 ab bc ca ab共三拍 ab通电 bc通电 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 工作方式为三相双三拍时 每通入一个电脉冲 转子也是转30 即 s 30 ca通电 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 三 反应式步进电动机的结构原理 实际采用的步进电机的步距角多为3度和1 5度 步距角越小 机加工的精度越高 为产生小步距角 定 转子都做成多齿的 图中转子40个齿 定子仍是6个磁极 但每个磁极上也有五个齿 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 转子的齿距等于360 40 9 齿宽 齿槽各4 5 为使转 定子的齿对齐 定子磁极上的小齿 齿宽和齿槽和转子相同 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 工作原理 假设是单三拍通电工作方式 1 a相通电时 定子a相的五个小齿和转子对齐 此时 b相和a相空间差120 含120 9 齿a相和c相差240 含240 9 个齿 所以 a相的转子 定子的五个小齿对齐时 b相 c相不能对齐 b相的转子 定子相差1 3个齿 3 c相的转子 定子相差2 3个齿 6 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 若工作方式改为三相六拍 则每通一个电脉冲 转子只转1 5 此电机的转动方向仍由相序决定 同理 c相通电再转3 2 a相断电 b相通电后 转子只需转过1 3个齿 3 使b相转子 定子对齐 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 f 电脉冲的频率 转速 步进机通过一个电脉冲 转子转过的角度 称为步距角 m 一个周期的运行拍数zr 转子齿数 如 zr 40 m 3时 步距角 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 四 反应式步进电动机的运行特性 步进电动机不改变通电情况的运行状态称为静态运行 电机定子齿与转子齿中心线之间的夹角叫做失调角 用电角度表示 步进电动机静态运行时转子受到的反应转矩叫做静转矩 通常以使增加的方向为正 步进电机的静转矩与失调角之间的关系叫做矩角特性 静态运行状态 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 步进电动机的转矩和转角 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 步进电动机的主要参数 1 步距角 2 转速 3 功角特性和转矩特性 4 起动频率和工作频率 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 2008 11 15 河海大学常州校区电机与电力拖动基础 五 步进电动机的控制及电源 步进电动机的控制绕组中需要一系列的有一定规律的电脉冲信号 从而使电机按照生产要求运行 这个产生一系列有一定规律的电脉冲信号的电源称为驱动电源 步进电动机的驱动电源主要包括变频信号源 脉冲分配器和脉冲放大器三个部分 其方框图如图所示 1 传统型控制 2