《步进电机》PPT课件.ppt

第13章步进电动机传动控制系统 13 1步进电动机 13 2步进电动机的环形分配器 13 3步进电动机的驱动电路 13 4步进电动机的控制 13 5步进电动机的应用举例 步进电机是一种控制电机 主要功能将脉冲信号转换为角位移或直线位移 概述 步进电机是受一系列电脉冲控制而动作 步进电机转动的角度由输入的脉冲个数决定 转动的速度由脉冲频率决定 步进电机的运动是步进形式 故称作步进电机 步进电机绕组所加的电源形式是脉冲电压 所以也称作脉冲电机 所以步进电机的传动控制 主要是控制一系列具有一定功率的功率脉冲信号 步进电机传动控制系统由脉冲发生器产生电脉冲信号 通过环形分配器分配顺序加到步进电机各相绕组上的脉冲顺序 再经脉冲功率放大器放在后加到电机各相绕组上 步进电机传动控制系统的组成框图如下所示 控制器 环形分配器 功率放大器 步进电动机 辅助电路 驱动电源 13 1步进电动机 1基本结构 13 1 1反应式步进电动机的工作原理和基本特点 2 工作原理和基本特点 2本 磁阻力矩 驱动力矩ABC三相轮流通电流I 转子就会向一个方向一步一步转动 转速与脉冲的频率相关 ABCACB 反转旋转方向由控制绕组的通电次序决定 三相单三拍 每步转过步距角 讨论 磁通总是力图走磁阻最小的路径 三相双三拍运行方式这种运行方式是按AB BC CA AB或相反的顺序通电的 即每次同时给两相绕组通电 每步转过步距角 三相六拍运行方式这种运行方式是按A AB B BC C CA A或相反的顺序通电的 每步转过步距角 13 1 2实际反应式步进电动机 转子的齿距等于360 40 9 齿宽 齿槽各4 5 如图为一个转子有40个齿的小步距角步进电机 定子是6个磁极 每个磁极上有五个齿 当定子绕组按A B C顺序轮流通一次电 转子转过一个齿距 每通电一次 运行一拍 转子就走一步9 3 3 即步距角为3 对三相单三拍或三相双三拍而言 13 1 3基本特点 每循环一次 经过一个齿距 控制电脉冲u的个数等于拍数N 控制脉冲频率与每相脉冲频率的关系 设转子的齿数为则齿距角转子每步转过的空间角度 步距角当把一个转子齿看成转子的一对极 齿距角步距角 转速可见反应式步进电动机转速取决于脉冲频率 转子齿数和拍数 而与电压负载 温度无关 步进电动机具有自锁能力输入一个脉冲并保持 转子保持在固定位置上所以步进电动机只与控制脉冲同步 同时又能按照控制的要求实现启动 停止 反转和调速 13 1 4步进电动机的矩角特性和静态转矩 各相绕组按顺序通入电流 步进电机步进运行 当控制脉冲停止 某相绕组通入恒定电流 此时转子固定 如果受到扰动 磁拉力能使转子回到原来位置 称为静止状态 1 步进电动机不改变通电情况的运行状态叫静态运行 静态时转矩受到的反应转矩称为静转矩T 2 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 这样 我们作出静转矩和失调角之间的特性曲线 叫做矩角特性 静转矩T与失调角 的关系近似为 T Csin 1 单相通电 3 矩角特性 T Csin 2 多相通电 三本 最大转矩没有变化 三相有两相通电 多相通电 最大转矩变大 13 1 5步进电动机的单步运行状态 单步运行状态是指步进电动机在单相或多相通电时 仅改变一次通电状态的运行方式 或输入脉冲频率非常低 在第二个脉冲来之前 前一步已经走完 转子静止的状态 注意 绕组电感不计 1 步进电动机的单步运行和最大负载能力 以三相为例 理想空载状态 各相通电时失调角为0 负载步进运行 提高的方法三相步进电动机从三相单三拍到三相六拍 步距角减小一半 极限启动转矩提高 带负载能力提高拍数越多 极限启动转矩越接近最大转矩 单步运行时的转子振荡现象 13 1 6步进电动机的连续运行和动特性 1运行矩频特性f 步进连续 2静稳定区和动稳定区 3不同频率下的连续稳定运行与运行频率 步进运行控制频率低 步进 一般欠阻尼 稳定的步进状态 控制频率提高 脉冲周期缩短 振荡末衰减完下一脉冲到来下一脉冲到来时 转子处什么位置与脉冲频率有关注意 当控制脉冲频率等于或接近步进电机振荡频率的1 K K 1 2 3 时 电机会出现强烈振荡 甚至丢步和无法工作 低频共振 低频丢步 如阻尼较强 振荡衰减较快 回摆幅值较小 切换点在动稳定区之内 电机就不会失步 另 拍数越多 步距角越小 动 静稳定区越接近 也可消除低频失步 当控制脉冲频率等于1 K转子振荡频率时 如阻尼作用不强 即使电机不发生低频失步 也会产生低频共振现象 无法工作 一般不允许电机在共振频率下运行 3启动过程和启动频率启动过程 转速稳定前的暂态过程启动频率 在一定负载转矩下 电机正常启动时 不丢步 不失步 所能加的