步进电机及其控制系统.ppt

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1、4.1步进电动机驱动及其控制技术第4章电动机驱动与控制技术4.1.1步进电动机的基本结构和工作原理概述步进电动机称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其作用是将脉冲电信号转换为角位移或直线位移。步进电动机脉冲分配器和功放步进电动机角位移与脉冲k成正比。步进电动机速度与脉冲频率成正比。具有同步特性。概述步进电动机的历史：德国百格拉公司于1973年发明了五相混合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更加优越的三相混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发

2、展。步进电动机的定义：是一种专门用于速度和位置精确控制的特种电机，它旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行的，故称步进电机。步进电动机脉冲分配器和功放步进电动机的驱动需要结合数字技术、计算机技术和电力电子技术。步进电动机被广泛应用于需要精确定位和定速的控制系统中，例如数控机床、绘图仪器、机器人等领域。4.1.1步进电动机的基本结构和工作原理概述XY操作台恒流泵打印机激光排版切线机幻灯机4.1步进电动机结构与工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。步进电动机的分类：工作原理反应式永磁式混合式输出转

3、矩大小快速步进电机功率步进电机励磁相数二、三、四、五、六、八相等角位移输入脉冲个数运行速度输入脉冲频率特点:(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。4.1步进电动机结构与工作原理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。种类：励磁式和反应式两种。下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。4

4、.1步进电动机结构与工作原理1.基本结构步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。最典型两相混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿；三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。电动机构造图转轴成平行方向的断面图步进电机外形结构常见步进电机外形构造步进电机内部结构步进电机内部结构步进电机的内部构造2.工作原理给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿

5、转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。三相反应式步进电动机的原理结构图如下：ABCIAIBIC定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。定子转子2.工作原理按励磁方式分类：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。右图为一台三相反应式步进电动机的典型结构图。2.工作原理三相反应式步进电动机按通电方式的不同，每步转动不同的角度

6、。下面以三相单三拍为例，说明其工作原理。步进电动机的工作原理是磁通总是走磁阻最小的路径，由于磁力线的扭曲而产生拖动转矩。三相步进电动机具有三相单三拍、三相六拍和三相双三拍通电运行状态。“三相”：步进电动机具有三相定子绕组。“单、双”：每次只有一相（单）或两相（双）绕组通电。“三拍”：每三次换接为一个循环。有三种通电状态。“六拍”：每六次换接为一个循环。有六种通电状态。A-AB-B-BC-C-CA-A……A-B-C-A……3.通电方式1）三相单三拍CA'BB'C'A3412A相绕组通电，B、C相不通电。由于在磁场作用下，转子总是力

7、图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。3.通电方式CA'BB'C'A3412同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4齿和B、B´磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。1C'342CA'BB'A4.1步进电动机结构与工作原理3.通电方式这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。按ABCA……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(

8、步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过90°(一个齿距角)。4.1步进电动机结构与工作原理3.通电方式2）三相六拍按AABBBCCCA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。3.通电方式4.1步进电动机结构与工作原理CA'BB'C'