步進(jìn)電機(jī)教學(xué)課件學(xué)習(xí)課件PPT

1、2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ) 7.4 7.4 步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)電動機(jī) 一、概述一、概述 二、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理和分類二、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理和分類 三、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理三、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 四、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的運行特性四、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的運行特性 五、步進(jìn)電動機(jī)的電源五、步進(jìn)電動機(jī)的電源 2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)一、概述一、概述 步進(jìn)電機(jī)是一種特殊電機(jī)，它是將輸步進(jìn)電機(jī)是一種特殊電機(jī)，它是將輸入的電脈沖轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，給一入的電脈沖轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，給一個脈沖轉(zhuǎn)過一個角度，精度非常高。個脈沖轉(zhuǎn)

2、過一個角度，精度非常高。 步進(jìn)電機(jī)需要一個特殊電源，能夠步進(jìn)電機(jī)需要一個特殊電源，能夠產(chǎn)生脈沖并分配脈沖。產(chǎn)生脈沖并分配脈沖。2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)種類種類： 有勵磁式和反應(yīng)式兩種。兩種的區(qū)別在于勵磁式步進(jìn)電機(jī)的有勵磁式和反應(yīng)式兩種。兩種的區(qū)別在于勵磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈。轉(zhuǎn)子上有勵磁線圈，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有勵磁線圈。應(yīng)用：應(yīng)用： 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。如：在數(shù)控機(jī)床、自動步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用非常廣泛。如：在數(shù)控機(jī)床、自動 繪圖儀等設(shè)備中都得到應(yīng)用。繪圖儀等設(shè)備中都得到應(yīng)用。 下面以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電

3、機(jī)的結(jié)下面以三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。構(gòu)和工作原理。2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)二、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理和分類二、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的工作原理和分類 步進(jìn)電機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子，它們均步進(jìn)電機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子，它們均由導(dǎo)磁由導(dǎo)磁材料構(gòu)成。例下圖分別有六個、四個齒材料構(gòu)成。例下圖分別有六個、四個齒(極極) 。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子繞組定子繞組三相反應(yīng)式：三相反應(yīng)式：2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ) 定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相

4、。 注意：注意：這里的相和三相交流電中的這里的相和三相交流電中的“相相”的概念不同。的概念不同。步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。的區(qū)別。abc定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子iaibic2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ) 工作方式工作方式 步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。三相雙三拍等。1 1、三相單三拍、三相單三拍（1 1）三相繞組聯(lián)接方式：）三相繞組聯(lián)接方式：y 型型（2 2）三相繞組中的通電順序為：）三相繞組中的通電順序為：a

5、 相相 b 相相 c 相相通電順序也可以為：通電順序也可以為： a 相相 c 相相 b 相相 2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)（3）工作過程）工作過程化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻力圖使通電相磁路的磁阻最小最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。a 相通電，相通電，a 方向的磁通經(jīng)方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁下，轉(zhuǎn)子被磁a a 相通電使轉(zhuǎn)子相通電使轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒和齒和 aa

6、對齊。對齊。cabbca34122008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)cabbca3412同理，同理，b相通電，轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和齒和b相軸線對齊，相軸線對齊，相對相對a相通電位置轉(zhuǎn)相通電位置轉(zhuǎn)30 ；c相通電再轉(zhuǎn)相通電再轉(zhuǎn)30 。1c342cabba2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)轉(zhuǎn)子有四個齒，每個齒轉(zhuǎn)子有四個齒，每個齒3603600 0/4=90/4=900 0定子有三相，即定子有三相，即 m=3m=3轉(zhuǎn)過的角度為轉(zhuǎn)過的角度為30300 0后可知后可知 s=3600/zrm尋找規(guī)律：尋找規(guī)律：2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基

7、礎(chǔ) 這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。單三拍。三相單三拍的特點：三相單三拍的特點：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 30 。此角稱為。此角稱為步距角，用步距角，用 s表示。表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)2 2、三相單雙六拍、三相單雙六拍 三相繞組的通電順序

8、為：三相繞組的通電順序為： aabbbcccaa 共六拍。共六拍。工作過程：工作過程：a相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒和齒和a相對齊。相對齊。cabbca34122008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對aa 通電，通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15。（1）bb 磁場對磁場對 2、4 齒有磁拉力，該拉力使齒有磁拉力，該拉力使 轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。a、b相同時通電相同時通電（2）aa 磁場繼續(xù)對磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。齒有拉力。cabbca34122008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電

9、機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為為三相六拍，步距角為15 。cabbca3412b相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、4齒和齒和b相對齊，又轉(zhuǎn)了相對齊，又轉(zhuǎn)了15 。2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)3 3、三相雙三拍、三相雙三拍三相繞組的通電順序為：三相繞組的通電順序為： ab bc ca ab 共三拍。共三拍。ab通電通電cabbca3412bc通電通電cabbca34122008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六以上三種工作方式，三相雙三

10、拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30 ，即，即 s = 30 。ca通電通電cabbca34122008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ) 三、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理三、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)原理 實際采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為實際采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3度和度和1.5度，步度，步距角越小，機(jī)加工的精度越高。距角越小，機(jī)加工的精度越高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)

11、子子40個齒，定子仍是個齒，定子仍是 6個磁極，但每個磁極上也有五個齒個磁極，但每個磁極上也有五個齒。2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)轉(zhuǎn)子的齒距等于轉(zhuǎn)子的齒距等于360 / 40=9 ，齒寬、齒槽各，齒寬、齒槽各4.5 。 為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)工作原理：工作原理：假設(shè)是單三拍通電工作方式。假設(shè)是單三拍通電工作方式。（1 1）a a 相通電時，定子相通電時，定子a a 相的五個小齒和轉(zhuǎn)子對相的五個小齒和轉(zhuǎn)子對齊。此時，

12、齊。此時，b b 相和相和 a a 相空間差相空間差120120 ，含，含 120120 /9/9 = = 齒齒 a a 相和相和 c c 相差相差240240 ，含，含240240 / / 9 9 = = 個個齒。所以，齒。所以，a a 相的轉(zhuǎn)子、定子的五個小齒對相的轉(zhuǎn)子、定子的五個小齒對齊時，齊時，b b 相、相、c c 相不能對齊，相不能對齊，b b相的轉(zhuǎn)子、相的轉(zhuǎn)子、定子相差定子相差 1/3 1/3 個齒（個齒（3 3 ），），c c相的轉(zhuǎn)子、定相的轉(zhuǎn)子、定子相差子相差2/32/3個齒（個齒（6 6 ）。）。311332262008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)若工作方

13、式改為三相六拍，則每通一個電脈沖，若工作方式改為三相六拍，則每通一個電脈沖，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn) 1.5 。此電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向仍由相序決定。此電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向仍由相序決定。同理，同理，c 相通電再轉(zhuǎn)相通電再轉(zhuǎn)3 （2）a 相斷電、相斷電、b 相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3個個 齒（齒（3 ），使），使 b 相轉(zhuǎn)子、定子對齊。相轉(zhuǎn)子、定子對齊。2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)f：電脈沖的頻率電脈沖的頻率 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速mczffnrs6036060 步進(jìn)機(jī)通過一個電脈沖步進(jìn)機(jī)通過一個電脈沖, ,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度, ,稱為稱為步距角。步距角。m:一個周期的運

14、行拍數(shù)一個周期的運行拍數(shù)zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)：轉(zhuǎn)子齒數(shù)mczrs360如：如：zr=40 , m=3 時時3340360s步距角步距角2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ) 四、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的運行特性四、反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的運行特性 步進(jìn)電動機(jī)不改變通電情況的運行狀態(tài)稱為靜態(tài)運行。電步進(jìn)電動機(jī)不改變通電情況的運行狀態(tài)稱為靜態(tài)運行。電機(jī)定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角機(jī)定子齒與轉(zhuǎn)子齒中心線之間的夾角 叫做失調(diào)角，用電角度表叫做失調(diào)角，用電角度表示。步進(jìn)電動機(jī)靜態(tài)運行時轉(zhuǎn)子受到的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩示。步進(jìn)電動機(jī)靜態(tài)運行時轉(zhuǎn)子受到的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩 叫做靜轉(zhuǎn)矩，叫做靜轉(zhuǎn)矩，通常以使通常以使 增加的方向為正。

15、步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩增加的方向為正。步進(jìn)電機(jī)的靜轉(zhuǎn)矩 與失調(diào)角之間的與失調(diào)角之間的關(guān)系關(guān)系 叫做矩角特性。叫做矩角特性。靜態(tài)運行狀態(tài)靜態(tài)運行狀態(tài)2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)角 sinsmtt2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)步進(jìn)電動機(jī)的主要參數(shù): 1 1、步距角、步距角2 2、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速3 3、功角特性和轉(zhuǎn)矩特性、功角特性和轉(zhuǎn)矩特性4 4、起動頻率和工作頻率、起動頻率和工作頻率mczrs360mczffnrs60360602008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)2008、11、15河海大學(xué)常州校區(qū)電機(jī)與電力拖動基礎(chǔ)五、步進(jìn)電動機(jī)的控制及電源五、步進(jìn)電動機(jī)的控制及電源步進(jìn)電動機(jī)的控制繞組中需要一系列的有一定規(guī)律的電脈沖信號，從而使電機(jī)按照生產(chǎn)要求運行。這個產(chǎn)生一系列有一定規(guī)律的電脈沖信號的電源稱為驅(qū)動電源。步進(jìn)電動