第11章 步进电动机.ppt

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1、第11章步进电动机11.1概述11.2反应式步进电动机的工作原理和基本特点11.3步进电动机的矩角特性和静态转矩11.4电源及分配方式对电机性能的影响11.1概述步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步，如图11-1所示。图11-1步进电动机的功用步进电动机的角位移量θ或线位移量s与脉冲数k成正比，如图11-2(a)所示；它的转速n，或线速度v与脉冲频率f成正比，如图11-2

2、(b)所示。步进电机最有意义的一个优点就是在开环系统里可以实现精确的控制。开环控制意味着不需要关于（转子）位置方面的反馈信息。这种控制避免了使用昂贵的传感器以及象光学编码器这样的反馈设备，因为只需要跟踪输入的步进脉冲就可以知道你（转子）的位置。使控制系统大为简化。此外，步进电动机可以在很宽的范围内通过改变脉冲频率来调速；能够快速启动、反转和制动；不需要变换能直接将数字脉冲信号转换为角位移，很适合采用微型计算机控制；结构简单，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命。图11-2步进电动机的

3、控制特性与伺服电机相比，步进电机的缺点是效率较低，发热大；有时会“失步”（ 伺服电机均为闭环控制，驱动器实时监测电机位置，能有效保证系统的安全，不存在象步进电机的丢步问题）；如果控制不当转速不够平稳，步距角较大，特别是在低速时，甚至会出现震荡现象；难以运转到较高的转速（步进电机一般工作在1000r/min以下，而伺服电机可以达到10000rpm以上）。步进电机的用途：适用于中、小型机床和速度精度要求不高的地方。11.2反应式步进电动机的工作原理和基本特点11.2.1典型结构和工作原理按励磁方式分

4、类，步进电动机可分为反应式、永磁式和感应子式。其中反应式步进电动机用得比较普遍，结构也较简单，所以着重分析这类电机。图11-5四相反应式步进电动机的结构反应式步进电动机又称为磁阻式步进电动机，其典型结构如图11-5所示。这是一台四相电机，定子铁心由硅钢片叠成，定子上有8个磁极(大齿)，每个磁极上又有许多小齿。四相反应式步进电动机共有4套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。转子也是由叠片铁心构成，沿圆周有很多小齿，转子上没有绕组。根据工作要求，定子磁极上小齿的齿距和转子上小齿的

5、齿距必须相等，而且转子的齿数有一定的限制。图中转子齿数为50个，定子每个磁极上小齿数为5个。反应式步进电动机的工作原理与反应式同步电动机一样，也是利用磁路磁阻最小原则所引起的反应转矩而转动的。为了便于说清问题，先以一个最简单的三相反应式步进电动机为例。图11-6是一台三相反应式步进电动机，定子有6个极，不带小齿(为什么有的带小齿有的不带？)，每两个相对的极上绕有一相控制绕组；转子只有4个大齿，大齿宽等于定子的极靴宽。图11-6三相单三拍运行(a)A相接通；(b)B相接通；(c)C相接通当A相控

6、制绕组通电，而B相和C相都不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，所以转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐。同理，当断开A相接通B相时，转子便按逆时针方向转过30°，使转子齿2和4的轴线与定子B极轴线对齐。断开B相，接通C相，则转子再转过30°，使转子齿1和3的轴线与C极轴线对齐。从而实现逆时针旋转。如此按A-B-C-A……顺序不断接通和断开控制绕组，转子就会一步一步地按逆时针方向连续转动，如图11-6所示。其转速取决于各控制绕组通电和断电的频率(即输入的脉冲频率)，旋转方向取决于控制绕

7、组轮流通电的顺序。如上述电机通电次序改为A-C-B-A……则电机转向相反，变为按顺时针方向转动。这种按A-B-C-A……方式运行的称为三相单三拍运行。所谓“三相”，是指此步进电动机具有三相定子绕组（几相，就需要几套驱动电路）；“单”是指每次只有一相绕组通电；“三拍”指三次换接为一个循环（定子绕组通电一次称为一拍。通过设计不同的拍数，可以选择合适的“步距”，即最小跳步的角度。例如，如果三相三拍的步距是3°，那么三相六拍的接法时，步距为1.5°。），第四次换接重复第一次的情况。除了这种运行方式外，三

8、相步进电动机还可以三相六拍和三相双三拍运行。三相六拍运行的供电方式是A-AB-B-BC-C-CA-A……这时，每一循环换接6次，总共有6种通电状态，这6种通电状态中有时只有一相绕组通电(如A相)，有时有两相绕组同时通电(如A相和B相)。图11-7表示按这种方式对控制绕组供电时转子位置和磁通分布的图形。图11-7三相六拍运行(1)(a)A相通电；(b)A、B相通电；(c)B相通电；(d)B、C相通电图11-7三相六拍运行(2)(a)A相通电；(b)A、B相通电；(c)B相通电；(d)B、C相通