步进电动机传动控制系统课件2

步進電動機傳動控制系統§13.1步進電動機

§13.1步進電動機

用途和特點：由脈衝控制：

一個脈衝→轉一個步距角（步）β，

無積累誤差速度與脈衝頻率f通電順序有關調速方便

§13.1步進電動機

易於實現數字控制：數控機床中開環控制系統（以脈衝數來計算工作位置）廉價的伺服系統（開環伺服）§13.1.1結構及原理

§13.1步進電動機

分類：

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

一類：有電磁機構和機械部分組成，棘輪爪等；速度低（手錶等）二類：靠電磁作用實現步進、速度快。永磁（轉子）式步進電機（轉子為磁鐵）反應式步進電機（轉子為鐵芯）混合式步進電機

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理一、反應式步進電機的結構定子：分為多相繞組（三相、四、六相等），各相在空間上等分圓周。轉子：顯極（凸極式）有Z個齒，分佈在圓周上齒距角:τ=360/Z=2π/Z

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

一、反應式步進電機的結構特點：l

定子每相有兩個磁極相對分佈：（一對）；l

每個極上有多個齒；l

定子齒距角與轉子齒距角相等；l

對於三相電機（ABC）●當轉子齒與A相對齊時，與B相差1/3齒距角（τ）、與C相差2/3齒距角（τ）；

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§13.1.1結構及原理

一、反應式步進電機的結構●當為m相時，相鄰-相與轉子錯開（差）1/m齒距角=τ/m二、工作原理

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

一、反應式步進電機的結構通電方式：1、單三相時A-B-C-AA時，對齊；B時：由磁阻最小原則，轉過1/3齒距角（τ/3）C時：轉過2τ/3A時：轉過3τ/3=τ2、雙三拍：AB-BC-CA-AB同上

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

一、反應式步進電機的結構二、工作原理3、單、雙（2m拍）六拍時（M相2M

拍）三相六拍A-→AB-→B-→BC-→C-→CA-→A當A-→B時磁極轉60°當A-→AB時磁極轉30°所以當:

A-AB時(1/2)X(τ/3)=τ/6

CA-A時τ

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

一、反應式步進電機的結構二、工作原理三、步距角β與轉速nβ為一個控制脈衝（一拍）所轉的角度:

M：為相數Z：轉子齒數K：為拍數/相數：單、雙三拍=1，三相六拍=2β=360°齒距拍數Z×拍數ZKm360°==

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

一、反應式步進電機的結構二、工作原理轉速：2π{n}r/min{β}(°){

f}Hz2π60KmZ{f}Hz2π60===KmZ{f}Hz

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

一、反應式步進電機的結構二、工作原理三、步矩角和轉矩§13.1.2步進電機特性（頻率特性）

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理一、頻率—力矩特性（矩頻特性）

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

§13.1.2步進電機特性（頻率特性）f上升，T下降當高頻時，起動力矩T減小影響矩頻特性的因素:

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

§13.1.2步進電機特性（頻率特性）

一、矩頻特性1、工作方式： 三拍差 六拍好2、時間常數（線路）τ當τ上升f上升T下降（電流上升率）3、電源電壓當U上升，T上升§13.2步進電機環形分配器

§13.1步進電動機

§13.1.1結構及原理

§13.1.2步進電機特性（頻率特性）§13.2.1步進電動機的驅動

§13.1步進電動機

§13.2步進電動機環形分配器由於規定了工作方式，所以需要按一定的順序為各相分配脈衝。環形分配器就是做這樣工作的。

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.2.1步進電動機的驅動環形分配器步進電機驅動電源步進電機ABC§13.2.2步進電動機驅動電源的環形分配器

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.2.1步進電動機的驅動環分分為：

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.2.1步進電動機的驅動

§13.2.2環形分配器硬體環分軟體環分軟體環分原理：查表法 CBA HBX 76343210指針 0 00 00000000 1 01 00000001 A 2 03 00000011 AB 3 02 00000010 B 4 06 00000110 BC 5 04 00000100 C 6 05 00000101 CA

7

00 00000000 指針取數 表頭表尾指針加0

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.2.1步進電動機的驅動

§13.2.2環形分配器§13.3步進電動機的驅動電路

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.2.1步進電動機的驅動

§13.2.2環形分配器步進電機繞組電路分析其中：τ=L/R當t=τ時，電流i將達到穩態值的63.2%當t=3τ時，電流i將達到穩態值的95%步進電機的輸出扭矩與電流i成正比工作頻率高時，每拍通電時間短，電流下降。LRUI(1-e)I=URtτ

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.3步進電動機驅動電路§13.3.1單電壓驅動

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.3步進電動機驅動電路

L為繞組R限流電阻可減小通電時間常數C通電前沿充電，加速繞組電流上升速度V為續流二極體RD加速電流下降,後沿變陡

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.3步進電動機驅動電路

§13.3.1單電壓驅動+UVRDRLCVT原理：V=0時不通V=1時通V=0時斷

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.3步進電動機驅動電路

§13.3.1單電壓驅動+UVRDRLCVT特性：

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.3步進電動機驅動電路

§13.3.1單電壓驅動RC有耗能低頻振盪V提高，R提高，可加速，但耗能大。§13.3.2高低壓切換型驅動電路

§13.1步進電動機§13.2步進電動機環形分配器

§13.3步進電動機驅動電路

§13.3.1單電壓驅動當功放VT1VT2導通：U2供電（高壓）V2截止i快速上升，U2in=0VT2截止：U1通過V供電（低壓）

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§13.3步進電動機驅動電路

§13.3.1單電壓驅動§13.3.2高低壓切換驅動+80VV1RLVT1VT2V2+12VUb2Ub1特點：

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§13.3步進電動機驅動電路

§13.3.1單電壓驅動§13.3.2高低壓切換驅動

上升快且RC不用太大；起動力矩大，高頻好；但有U2信號需微分電路且多用了一個功率管。

高壓的確定原則：當t=2/3週期時,電流應達到60%IN(1-e)UH=0.6INRm2T3τT為最高工作頻率時繞組的通電週期τ{mS}=L{mH}/R{Ω}

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§13.3步進電動機驅動電路

§13.3.1單電壓驅動§13.3.2高低壓切換驅動

恒流功放電路用恒流源取代電阻RCVR續流VT1控制V1、V2取壓0.7;V1+V2穩態電流=0.7/Re

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