《可编程控制器原理及应用》课程PPT教学课件（讲稿）第十三章 步进电动机传动控制系统

第十三章步进电动机传动控制系统 11.1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 角位移 输入脉冲个数 运行速度 输入脉冲频率 步进电动机的分类: 反应式 工作原理永磁式 输出转「快速步进电机 混合式 矩大小功率步进电枷 励磁相数二、三、四、五、六、八相等

第十三章 步进电动机传动控制系统 11.1 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 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

步进电动机的组成 如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图 定子:由定子铁心、绕组绝缘 材料等组成 励磁绕组由外部脉冲信号对各 相绕组轮流励磁。如图所示 A B B K2 B C Co K3 C 转子:由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材 料叠压而成的齿形铁心

一、步进电动机的组成 如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图 定子：由定子铁心、绕组、绝缘 材料等组成 励磁绕组由外部脉冲信号对各 相绕组轮流励磁。如图所示。 A' A K1 K2 K3 B' C' B C 转子：由转子铁心、转轴等组成。转子铁心是由硅钢片或软磁材 料叠压而成的齿形铁心

二、步进电动机的工作原理 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

二、步进电动机的工作原理 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

工作原理T-2.sW 结论: 通电顺序为AB-C一A时,转子按顺时针方向一步子步转动 通电顺序改为A-C-B-A,时,转子按逆时针方向一步步转 动。1-3,SWE 、步进电动机的通电方式 单相通电方式:指对每相绕组单独轮流通电,对于主相步 进电动机: 正转:AB-C一A时,转子按顺时针方向一步步转动。 反转:A-C一B一A时,转子按逆时针方向一步分步转初。 2.单、双拍工作方式: 正转:A-AB-B-BC-C-CA-A 反转:ACA-C-BC-B-AB-A 3.双拍工作方式: 正转:AB-BC-CA-AB 反转:AC-CA-BC-AC

工作原理 T11-2.SWF 结论： 通电顺序为A—B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动 通电顺序改为A－Ｃ－Ｂ－Ａ，时，转子按逆时针方向一步一步转 动。T11-3.SWF 三、步进电动机的通电方式 1. 单相通电方式：指对每相绕组单独轮流通电，对于三相步 进电动机： 正转：A－B－Ｃ－Ａ时，转子按顺时针方向一步一步转动。 反转：A－Ｃ－Ｂ－Ａ时，转子按逆时针方向一步一步转动。 2. 单、双拍工作方式： 正转：A-AB-B-BC-C-CA-A 反转：A-CA-C-BC-B-AB-A 3. 双拍工作方式： 正转：AB-BC-CA-AB 反转：AC-CA-BC-AC

四、步进电动机的步距角 由一个通电状态改变到下一个通电状态时,电动机转子所转过 的角度称为步距角。T11-2.SW B=360°/ZKm 其中:Z一转子齿数 m一定子绕组相数 一通电系数K=1,2 若二相步进电动机的z=100,单拍运行时,其步距角 360 B =1.8° 2×100 若按单、双通电方式运行时,步距角 360° B =0.9° 2×2×100

四、步进电动机的步距角 由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过 的角度称为步距角。T11-2.SWF ＝360/ZKm 其中：Z－转子齿数 m－定子绕组相数 K－通电系数 K=1,2 若二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角   1.8 2 100 360 =   =   0.9 2 2 100 360 =    = 若按单、双通电方式运行时，步距角

由此可见,步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数) 愈多,则步距角愈小,控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时,步进电动机 就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为(HZ,步距角用弧度表 示,则步进电动机的转速为 2丌 f△KmZ 60 60 60 2丌 2丌 KmZ

由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数) 愈多，则步距角愈小，控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机 就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用弧度表 示，则步进电动机的转速为： f KmZ f f KmZ n 60 60 2 2 60 2 = = =    

五、步进电动机的主要性能指标 1.步距角 2最大工作频率:在转子不失步的情况下,电动机连续工作时, 输入脉冲信号的最大频率。T112swE 3最大突跳频率:在转子不失步的情况下,电动机能增加和减 小的最大频率。 4.步距差:理想的步矩角与实际的步矩角之差。 5.输出转矩:电动机轴上的输出转矩的大小 步进电动机的输出转矩与脉冲频率的函数关系称为矩频特性

五、步进电动机的主要性能指标 1. 步距角 2. 最大工作频率：在转子不失步的情况下，电动机连续工作时， 输入脉冲信号的最大频率。T11-2.SWF 3. 最大突跳频率：在转子不失步的情况下，电动机能增加和减 小的最大频率。 4. 步距差：理想的步矩角与实际的步矩角之差。 5. 输出转矩：电动机轴上的输出转矩的大小 步进电动机的输出转矩与脉冲频率的函数关系称为矩频特性

13.2步进电动机的驱动电源 、驱动电源的组成 步进脉冲 条〉4功率放大器 功放电路 L冲B 相 载 分 功放电路 步/负 方向信号配c 器 功放电路 进电机 分配器电源 功率电 源 脉冲分配器+功率放大电路

13.2 步进电动机的驱动电源 一、驱动电源的组成 脉 冲 分 配 器 功放电路 三 相 步 进 电 机 负载 功率电 源 分配器电源 功放电路 功放电路 功率放大器 步进脉冲 方向信号 f A B C 脉冲分配器+功率放大电路

1.脉冲分配器 当方向电平为低时,脉冲 当方向电平为高时脉 分配器的输出按AB-C的顺序 冲分配器的输出按AB的顺 循环产生脉冲。 序循环产生脉冲。 f几 ABC ACB 2功率放大器 将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供 电,使电动机的转子产生输出转矩

1. 脉冲分配器 当方向电平为低时，脉冲 分配器的输出按A-B-C的顺序 循环产生脉冲。 f A B C 当方向电平为高时，脉 冲分配器的输出按A-C-B的顺 序循环产生脉冲。 A B C f 2.功率放大器 将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供 电，使电动机的转子产生输出转矩

步进电动机的脉冲分配器 步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现 硬件环形分配器:由计数器等数字电路组成的。有较好的响应 速度,且具有直观、维护方便等优点。 软件环分:由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型 计算机运算速度的限制,有时难以满足高速实时控制的要求。 1.硬件环形分配器

二、步进电动机的脉冲分配器 步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现。 硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应 速度，且具有直观、维护方便等优点。 软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型 计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。 1.硬件环形分配器