步进电动机传动控制系统课件

步進電動機傳動控制系統1.步距角（步距）

——當輸入一個電脈衝時所轉過的一個固定角度。

2.位移量與輸入脈衝數嚴格成比例（無誤差積累）。與有關

3.各種運行特性由下列條件決定：

l輸入脈衝數；

l脈衝頻率；

l電動機各相繞組的接通次序。

4.廣泛用於數字控制系統，如數控機床。13.1.2結構與工作原理1.結構特點

1)

定子——由矽鋼片疊成，裝上一定相數的控制繞組，由環形分配器送來電脈衝，對多相定子繞組輪流勵磁。

2)

轉子——用矽鋼片疊成或軟磁性材料做成的凸極結構。

l

反應式步進電動機（轉子本身無勵磁繞組）

l

永磁式步進電動機（用永久磁鐵做轉子）如：三相反應式步進電機。①定子——6個磁極，每兩相對磁極上有一相控制繞組。②轉子——裝有4個凸齒。ABCIAIBIC定子轉子2.工作原理

1)

基本工作原理——就是電磁鐵工作原理。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A34121C'342CA'BB'AA相通電B相通電C相通電

a)

環形分配器送來脈衝信號，對定子繞組輪流通電。

b)

A相通電，B、C相不通電，轉子齒1、3與A相定子齒對齊，轉子齒2、4與B、C相在不同方向上錯開30º（此時轉矩為0，轉子自鎖）。

c)

A相斷電，B相通電，轉子齒2、4與B相定子齒對齊，順時針旋轉30º。

d)

B相斷電，C相通電，同理轉子順時針旋轉30º。

e)

通電順序為A—B—C—A時，轉子順時針旋轉。如改為A—C—B—A時，轉子反向（逆時針）轉動。

f)

電流換接三次，磁場轉一周，轉子前進一個齒距角（90º＝）。l按A—B—C—A方式通電，稱為三相單三拍運行（）。l按A—AB—B—BC—C—CA—A方式通電，稱為三相六拍運行（）。注：步距角太大。

2)

通電方式

a)

取決於控制繞組通電頻率，也取決於繞組通電方式。

b)

通電方式——單三拍、六拍及雙三拍等。

“單”——每次只有一相繞組通電；

“雙”——每次有兩相繞組通電；

“拍”——通電次數（即從一種通電狀態轉到另一種通電狀態）。三相單三拍三相六拍CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A34121C'342CA'BB'AA相通電B相通電C相通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A34123412CA'BB'C'AA相通電AB相通電B相通電BC相通電13.1.3小步距角步進電動機（實際的步進電動機）1.

特徵：

l

定子內圓和轉子外圓均有齒和槽。

l

定子和轉子的齒寬和齒距相等。2.

規定：當一相磁極下定子與轉子的齒相對時，下一相磁極下定子與轉子齒的位置剛好錯開（—齒距，m—相數）。3.

公式：

l

齒距

（Z—轉子齒數）

l

步距角

（K—狀態係數，三拍時，K=1；六拍時，K＝2）

例如：Z＝40，三相單三拍運行，則

由此可見，轉子齒數Z↑（或定子相數m↑，或運行拍數Km↑），則，控制越精確。

l

轉速

注：13.2環形分配器13.2.1驅動系統控制脈衝按規定的通電方式分配到每相繞組。實現脈衝分配的硬體邏輯電路，稱為環形分配。可採用軟體實現脈衝分配，這種方式稱為軟體環分（如：電腦數字控制系統）。分配器輸出的脈衝需進行功率放大，才能驅動步進電動機。13.2.2環形分配器1.硬體環形分配器如：三相六拍環形分配器。主體是三個J-K觸發器，輸出端Q接功放線路與三相繞組相連。QA＝1時，A相通電……

和是正、反轉控制信號。正轉時，＝1，＝0……正轉時通電順序為A-AB-B-BC-C-CA-A；反轉時通電順序為A-AC-C-CB-B-BA-A。邏輯狀態真值表如表13.1所示（以正向分配為例）。序號控制信號狀態輸出狀態導電繞組CAJCBJCCJQAQBQC0123456110010011001101100110100110010011001101100AABBBCCCAA表13.1環形分配器邏輯真值表注：

環形脈衝分配表電路仿真集成環形分配器環形分配器加驅動電路2.軟體環形分配器表13.2環形分配表13.3驅動電路

驅動電路——一種脈衝放大電路，使脈衝具有一定的功率驅動能力。

要求：

①提高步進電動機的快速性；②提高步進電動機的平穩性。13.3.1單電壓限流型驅動電路VT（電晶體）——無觸點開關，使流過L的波形接近矩形波。L（電動機繞組）——

L中電流不能突變，經3（時間常數）時間後達到穩態電流（L—繞組電感，r—繞組電阻）。，嚴重影響啟動頻率。R（串聯電阻）——

，縮短上升的過渡時間，提高工作速度。C（並聯電容或加速電容）——C上的電壓不能突變，在截止到導通的瞬間，電源電壓全落在繞組上，。V(二極體)——VT截止時起續流和保護作用，以防繞組產生的反電勢擊穿。RD（串聯電阻）——

，使波形後沿變陡。缺點：R上有功率損耗（快速性↑，R↑，功耗↑，限制使用這種電路）。13.3.2高低壓切換型驅動電路採用高壓和低壓兩種電壓供電。時間，VT1和VT2飽和導通，＋80V經過VT1和VT2加到L上，。到時（定時方式）或上升到某一數值（定流方式），為低電平，VT2截止，L的電流由＋12V電源經VT1維持，到I額。到時，為低電平，VT1截止，，I＝0。由脈衝分配器經幾級電流放大獲得，由單穩定時或定流裝置再經脈沖變壓器獲得。優點：功耗小，啟動力矩大，突跳頻率和工作頻率高。缺點：大功率管數量多用一倍，增加了驅動電源。低頻——低壓；高頻——高壓。步進電動機分類13.4運行特性及注意事項13.4.1運行特性及影響因素基本特點工作時的步數或轉速（角度控制或速度控制）只與控制脈衝同步，而與電壓、負載、溫度、衝擊（環境條件）等因素無關。按控制要求進行啟動、停止、反轉或改變速度。應用廣泛（在數字控制系統中）。3.脈衝信號頻率對運行的影響(a)頻率很低（接近矩形波）；(b)頻率增高（波形畸變）；(c)頻率很高（I下降到I/）。

故過高使步進電動機①啟動不起來；②運行時失步而停下。4.轉子機械慣性對運行的影響受機械慣性作用，在啟動階段，轉子落後於應轉過的角度，一般會跟上來，嚴重（）時會啟動不起來。在運轉時，因慣性作用，經過幾次振盪後才停下來，嚴重時會引起失步。措施：採用阻尼方法，消除或減弱步進電機的振盪。13.4.2主要性能指標和注意事項主要性能指標

1)步距角——步進電動機的主要性能指標之一，它直接影響啟動和運行頻率。式中：——傳動比；

——負載軸要求的最小位移增量（或稱脈衝當量）。

2)最大靜轉矩

式中：——步進電動機啟動轉矩；

——最大靜負載轉矩。通常取。3)空載啟動頻率——步進電動機在空載情況下，不失步啟動所允許的最高頻率。在負載情況下，不失步啟動所允許的最高頻率隨負載的增加而顯著下降。4)連續運行頻率——當步進電動機運行頻率連續上升時，電動機不失步運行的最高頻率。

矩頻特性是指在連續運行狀態下，步進電動機的電磁力矩隨頻率的升高而急劇下降的特性。注：與負載有關；在同樣負載下，。5)精度——用一周內最大的步距角誤差值表示。步距精度式中：——負載軸上所允許的角度誤差。6)輸入電壓U、輸入電流I和相數m三項指標與驅動電源有關。2.注意事項驅動電源的優劣對控制系統的運行影響極大。