第7章 步進電機ppt課件

1、第七章 步進電機一、步進電機的概述n1、定義n步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。n特點n 在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。n雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。n因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識

2、。 二、步進控制系統(tǒng)的組成二、步進控制系統(tǒng)的組成1、主要由以下三部分組成1 ）、控制器plc mcu 定位控制模塊）2 ） 、步進驅(qū)動器3 ） 、步進電機和工作臺n外觀圖步進電機步進驅(qū)動器n2、硬件接線1、步進電機、步進驅(qū)動器和plc間的硬件接線 步進電機、步進驅(qū)動器和plc間的硬件接線三、步進電機工作原理 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，點擊的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于控制脈沖信號的頻率和脈沖數(shù). 脈沖數(shù)越多，電機轉(zhuǎn)動的角度越大； 脈沖的頻率越高，點擊轉(zhuǎn)速越快，但不能超過最高頻率，否則點擊的力矩迅速減小，電機不轉(zhuǎn)。分類方式具體類型按力矩產(chǎn)生的原理反應(yīng)

3、式：轉(zhuǎn)子無繞組，由被激磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實現(xiàn)步進運行激磁式：定、轉(zhuǎn)子均有激磁繞組（或轉(zhuǎn)子用永久磁鋼），由電磁力矩實現(xiàn)步進運行。按輸出力矩大小伺服式：輸出力矩在百分之幾至十分之幾（N.m），只能驅(qū)動較小的負載，要與液壓扭矩放大器配用，才能驅(qū)動機床工作臺等較大的負載。功率式：輸出力矩在550（N.m）以上，可以直接驅(qū)動機床工作臺等較大的負載。按定子數(shù)1）單定子式 2）雙定子式 3）三定子式 4)多定子式按各種繞組分布徑向分布式：電機各相按圓周依次排列軸向分布式：電機各相按軸向依次排列n步進電機的工作原理實際上是電磁鐵的作用原理。n當某相定子勵磁后，它吸引轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的齒與該相定子磁極上的齒對齊

4、，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個角度，換一相得電時，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)動一個角度。如此每相不停地輪流通電，轉(zhuǎn)子不停地轉(zhuǎn)動。 n上述控制方式三相單三拍，得電順序是ABCA,電機逆時針轉(zhuǎn)動n上述控制方式三相單三拍，得電順序是ACBA,電機順時針轉(zhuǎn)動n所以電機運行的方向和通電的相序有關(guān)，改變通電的相序，電機的運行方向也就改變。n1:上述介紹的是三相單三拍的工作過程，除此之外還有三相雙三拍，三相六拍等工作方式。雙相雙三拍得電方式同事兩相繞組通電：如ABBCCAABn 三相六拍的控制方式是：AABBBCCCAAn2:電機的轉(zhuǎn)速和相序切換的頻率有關(guān)，切換得越快，電機轉(zhuǎn)動的越快。電機轉(zhuǎn)動的方向和相序有關(guān)。n3:電機每拍轉(zhuǎn)動的角度，稱步

5、距角，步 距角和電機的結(jié)構(gòu)有關(guān)。n 其中m=定子繞組的相數(shù)，z=轉(zhuǎn)子齒數(shù)，k為通電方式，當是m相m拍時，k=1；n 當是m相2m拍時，k=2.如上例中，m=3，z=4，k=1. n =360/(3x4x1)=30四、步進驅(qū)動器原理四、步進驅(qū)動器原理 n從步進電機的轉(zhuǎn)出原理可以得出，要使步進電機正常運行，必須按規(guī)律控制步進電機的每一相繞組得電。步進驅(qū)動器接受外部的信號是方向信號DIR脈沖信號CP。另外步進電機在停止時，通常有一相得電，電機的轉(zhuǎn)子被鎖住，所以當需要轉(zhuǎn)子松開時，可以使用脫機信號FREE. 環(huán)型分配器的功能： 環(huán)型分配器的功能是把外部cp段送進的脈沖進行分配，給功率放大器，功率放大器相

6、應(yīng)相得晶體管導通，步進電機的線圈得電。步進電機、步進驅(qū)動器和步進電機、步進驅(qū)動器和plc間的連接間的連接 五、步進驅(qū)動器有關(guān)細分的設(shè)置五、步進驅(qū)動器有關(guān)細分的設(shè)置n什么叫細分？n 為了提高步進電動機的精度，現(xiàn)在的步進驅(qū)動器都有細分的功能，所謂細分，就是通過驅(qū)動器中電路的方法把步距角減小。n比如把步進驅(qū)動器設(shè)置成5細分，假設(shè)原來步距角1.8，那么設(shè)成5細分后，步距角就是0.36。也就是說原來一步可以走完的，設(shè)置成細分后需要走5步。n步進驅(qū)動脈沖的頻率和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系步進驅(qū)動脈沖的頻率和輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系n當輸出頻率超過步進電機的最高頻率的當輸出頻率超過步進電機的最高頻率的時候，輸出轉(zhuǎn)矩會急速下降。時

7、候，輸出轉(zhuǎn)矩會急速下降。n步進驅(qū)動器細分的設(shè)置方法步進驅(qū)動器細分的設(shè)置方法DIP開關(guān)功能與細分設(shè)置表開關(guān)功能與細分設(shè)置表六、應(yīng)用案例分析六、應(yīng)用案例分析n例一：控制步進電機轉(zhuǎn)動規(guī)定的角度例一：控制步進電機轉(zhuǎn)動規(guī)定的角度n利用利用plc作為上位機，控制步進電動機按一定的角度旋轉(zhuǎn)。作為上位機，控制步進電動機按一定的角度旋轉(zhuǎn)。n現(xiàn)有步進電機，步距角是現(xiàn)有步進電機，步距角是1.8要求設(shè)置要求設(shè)置4細分，電機的額定細分，電機的額定電流是電流是2.2安安n控制要求：控制要求：n1利用利用plc控制步進電機順時針轉(zhuǎn)控制步進電機順時針轉(zhuǎn)2周，停周，停5s，逆時針轉(zhuǎn)，逆時針轉(zhuǎn)1周，周，停停2s，如此循環(huán)進行，按

8、下停止按鈕，電機馬上停止電機，如此循環(huán)進行，按下停止按鈕，電機馬上停止電機的軸鎖?。５妮S鎖?。?。n2要求用靜態(tài)電流半流控制步進電機。要求用靜態(tài)電流半流控制步進電機。n3按下脫機按鈕，電機的軸松開。按下脫機按鈕，電機的軸松開。n解題過程：解題過程：n1) 硬件接線硬件接線n2) I/O定義：nx0啟動，x1停頓，x2脫機；ny0脈沖輸出，y1控制方向，y2脫機控制n 3)設(shè)置細分和電流DIP通過上表可設(shè)置：n4)編寫控制程序:n分析：n在沒有設(shè)置細分時，步距角是1.8，也就是200脈沖/轉(zhuǎn)。設(shè)置成4細分后，則是800脈沖/轉(zhuǎn)。n控制程序可以用步進指令編寫，用plsy指令產(chǎn)生脈沖，脈沖用y0輸出

9、，y1控制方向l畫出狀態(tài)功能圖畫出狀態(tài)功能圖l編寫梯形圖：編寫梯形圖：l丟步的兩個原因：丟步的兩個原因：1：負載過高：負載過高 2：驅(qū)：驅(qū)動頻率過高動頻率過高l所以在設(shè)置脈沖值的時候，不應(yīng)給太高所以在設(shè)置脈沖值的時候，不應(yīng)給太高的值。的值。例二：在某系統(tǒng)中，要求對某種成圈的線材按固定裁開，例二：在某系統(tǒng)中，要求對某種成圈的線材按固定裁開，裁剪的長度可以通過數(shù)字開關(guān)設(shè)置裁剪的長度可以通過數(shù)字開關(guān)設(shè)置099mm），切刀），切刀的時間是的時間是1s。試設(shè)計這一系統(tǒng)。滾軸的周長是。試設(shè)計這一系統(tǒng)。滾軸的周長是50mm。n解題過程：解題過程：n1步進電機的選擇。步進電機的選擇。 n 步進電機的選擇主要考

10、慮兩方面：步進電機的選擇主要考慮兩方面：n 一是：電機的功率。要求能拖動負載，在本系一是：電機的功率。要求能拖動負載，在本系統(tǒng)中，要把成圈的線材拖動，決定于電機的工作電統(tǒng)中，要把成圈的線材拖動，決定于電機的工作電流，工作電流越大，功率就越大。流，工作電流越大，功率就越大。n 二是：要選電機的步距角。但是如果選擇帶細二是：要選電機的步距角。但是如果選擇帶細分功能的驅(qū)動器，步距角就沒有多大的意義，因為分功能的驅(qū)動器，步距角就沒有多大的意義，因為通過細分可以改變步距角。通過細分可以改變步距角。n 所以主要考慮的是電機的功率。所以主要考慮的是電機的功率。 我們選擇兩相步進電機，步距角是我們選擇兩相步進電機，步距角是1.8，設(shè)置為設(shè)置為5細分，所以電機旋轉(zhuǎn)一周細分，所以電機旋轉(zhuǎn)一周1000個脈沖，每個脈沖個脈沖，每個脈