控制电机chap04_步进电机ppt课件.ppt

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1、第四章步进电机4.1简介步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。主要优点：步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，仅与脉冲频率有关。它每转一周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累，从而使它适合于在数字控制的开环系统中作为驱动电动机，也可用作闭环系统的驱动元件。主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源，带惯性负载的能力不强。种类：励磁方式磁阻式(反应式)永磁式混合式运行方式旋转型直线型平面型系统构成：步进电机脉冲分配器脉冲放大器脉冲信号

2、输入4.2反应式步进电动机的结构与工作原理一、反应式步进电动机的结构单段式多段式a)径向磁路b)轴向磁路径向磁路1—线圈；2—定子；3—转子轴向磁路1—线圈；2—定子；3—磁轭4—转子；5—引出线二、工作原理三相反应式步进电动机有三种运行方式：三相单三拍运行；三相双三拍运行；三相单、双六拍运行“三相”—指步进电机的相数；“单”—指每次只给一相绕组通电；“双”则是每次同时给二相绕组通电；“三拍”—指通电三次完成一个循环A相导通B相导通1.三相单三拍运行方式C相导通A相导通按A-B-C-A的顺序通电，电机转子在

3、磁阻转矩作用下沿ABC方向转动，电机的转速直接取决于控制绕组的换接频率。定子控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍，此时电机转子所转过的空间角度称为步距角。齿距角：步距角：2.三相双三拍运行方式按AB-BC-CA-AB或相反的顺序通电，每次同时给两相绕组通电，且三次换接为一个循环。步距角与三相单三拍运行方式的步距角相同。AB相导通BC相导通3.三相单、双六拍运行方式按A-AB-B-BC-C-CA或相反顺序通电，即需要六拍才完成一个循环，因此步距角为：A相导通B相导通AB相导通对于其它相数的步进电动机，同样可以

4、有多种运行方式，例如四相步进电动机有：四相单四拍，四相双四拍，四相单双八拍等运行方式。一般而言，无论几相电机以及采用何种运行方式，步距角与转子齿数Zr和拍数N之间有如下关系：(机械角度)此处，m为控制绕组相数，C为状态系数，单三、双三拍时，C=1；单双六拍时C=2。如果连续不断地输入脉冲，则电机转子就连续旋转，其转速与脉冲频率有关。每输入一个脉冲，转子转过：每秒钟输入f脉冲，则转过f/ZrN转，故电机转速为：rpm4.小步距角磁阻式步进电机转子上有均匀分布的40个齿.小步距角步进电动机中的转子齿数，必须满足

5、一定的要求，才能保证电机产生步进运动。当A相极面下的定、转子齿对齐时，B和C极面下的齿就分别和转子齿相错三分之一的转子齿，即3度。转子齿数应符合：4.3反应式步进电动机运行特性一、静态特性静态运行是指通电状态不变，电机处于稳定状态时的特性。静特性静转矩矩角特性静态稳定区需要清楚的几个名称：(1)初始稳定平衡位置：指步进电动机在空载情况下，控制绕组中通以直流电流时，转子的最后稳定位置;(2)失调角q：指步进电动机转子偏离初始平衡位置的电角度。在反应式步进电动机中，转子一个齿距所对应的度数为2p电弧度或360o

6、电角度；(3)矩角特性：在不改变通电状态(即控制绕组电流不变)时，步进电动机的静转矩与转子失调角的关系，即T=f(q)=0,T=0;>0,T<0;<0,T>0;=,T=0定子转子当只有一相绕组通电时，储存在电机气隙中的磁场能量为磁导变化曲线步进电动机的矩角特性(4)静态稳态区：在空载时，稳定平衡位置对应于q=0处，而q=180度则为不稳定平衡位置。在静态情况下，如受外力矩的作用使转子偏离稳定平衡位置，但没有超出相邻的不稳定平衡点，则当外力矩除去以后，电动机转子在静态转矩作用下仍能回到原来的稳定平衡

7、点，所以二个不稳定平衡点之间的区域构成静态稳定区。(5)最大静转矩：Tmax=f(I)最大静转矩特性六拍时的矩角特性族三拍时的矩角特性族(6)矩角特性族二、动态特性1.单脉冲运行当加上一个控制脉冲信号，矩角特性将转移到矩角特性族中的下一条矩角特性曲线，转子将转到新的稳定平衡位置o1。在改变通电状态时，只有当转子起始位置位于ab之间才能使它向o1点运动。因此称区间ab为电动机空载时的动态稳定区。动态稳定区静态稳定区C动态稳定区：(-p+qse)

8、角)。裕量角越大，电动机运行越稳定。由上式可见，C=1时，反应式步进电动机的相数最少为3。电动机的相数越多，步距角越小，相应的稳定裕度越大，运行的稳定性也越好。最大负载转矩(又称起动转矩)：TL1Tst新矩角特性上对应点的转矩小于负载转矩，转子不能到达新的稳定平衡点o”1，而是向q减小的