項目4任務(wù)5特種電機原理ppt課件

1、義務(wù)五 特種電機原理 第一節(jié) 執(zhí)行元件的種類、特點及根本要求 第二節(jié) 常用的控制用電動機 第三節(jié) 直流(DC)與交流(AC) 伺服電動機及驅(qū)動 第四節(jié) 步進電動機及驅(qū)動1 執(zhí)行元件是工業(yè)機器人、CNC機床、各種自動機械、計算機外圍設(shè)備、辦公室設(shè)備、車輛電子設(shè)備、醫(yī)療器械、各種光學(xué)安裝、家用電器(音響設(shè)備、錄音機、攝像機、電冰箱)等機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)必不可少的驅(qū)動部件，如數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)動、任務(wù)臺的進給運動以及工業(yè)機器人手臂的升降、回轉(zhuǎn)和伸縮運動等所用驅(qū)動部件即執(zhí)行元件。 該元件是處于機電一體化系統(tǒng)的機械運轉(zhuǎn)機構(gòu)與微電子控制安裝的接點聯(lián)接部位的能量轉(zhuǎn)換元件。它能在微電子安裝的控制下，將輸入

2、的各種方式的能量轉(zhuǎn)換為機械能，例如電動機、電磁鐵、繼電器、液動機、油氣缸、內(nèi)燃機等分別把輸入的電能、液壓能、氣壓能和化學(xué)能轉(zhuǎn)換為機械能。由于大多數(shù)執(zhí)行元件已作為系列化商品消費，故在設(shè)計機電一體化系統(tǒng)時，可作為規(guī)范件選用、外購。 第一節(jié) 執(zhí)行元件的種類、 特點及根本要求2一、執(zhí)行元件的種類及特點 根據(jù)運用能量的不同，可以將執(zhí)行元件分為電磁式、液壓式和氣壓式等幾種類型，如以下圖所示。電磁式是將電能變成電磁力，并用該電磁力驅(qū)動運轉(zhuǎn)機構(gòu)運動。液壓式是先將電能變換為液壓能并用電磁閥改動壓力油的流向，從而使液壓執(zhí)行元件驅(qū)動運轉(zhuǎn)機構(gòu)運動。氣壓式與液壓式的原理一樣，只是將介質(zhì)由油改為氣體而已。其他執(zhí)行元件與運

3、用資料有關(guān)，如運用雙金屬片、外形記憶合金或壓電元件 。3 1. 電氣式執(zhí)行元件 電氣式執(zhí)行元件包括控制用電動機(步進電動機、DC和AC伺服電動機)、靜電電動機、磁致伸縮器件、壓電元件、超聲波電動機以及電磁鐵等。其中，利用電磁力的電動機和電磁鐵，因其適用、易得而成為常用的執(zhí)行元件。對控制用電動機的性能除了要求穩(wěn)速運轉(zhuǎn)性能之外，還要求具有良好的加速、減速性能和伺服性能等動態(tài)性能以及頻繁運用時的順應(yīng)性和便于維修性能。4 控制用電動機驅(qū)動系統(tǒng)普通由電源供應(yīng)電力，經(jīng)電力變換器變換后保送給電動機，使電動機作回轉(zhuǎn)(或直線)運動，驅(qū)動負載機械(運轉(zhuǎn)機構(gòu))運動，并在指令器給定的指令位置定位停頓。這種驅(qū)動系統(tǒng)具有

4、位置(或速度)反響環(huán)節(jié)的叫閉環(huán)系統(tǒng)，沒有位置與速度反響環(huán)節(jié)的叫開環(huán)系統(tǒng)。 另外，其他電氣式執(zhí)行元件中還有微量位移用器件，例如：電磁鐵-由線圈和銜鐵兩部分組成，構(gòu)造簡單，由于是單向驅(qū)動，故需用彈簧復(fù)位，用于實現(xiàn)兩固定點間的快速驅(qū)動；壓電驅(qū)動器-利用壓電晶體的壓電效應(yīng)來驅(qū)動運轉(zhuǎn)機構(gòu)作微量位移；電熱驅(qū)動器-利用物體(如金屬棒)的熱變形來驅(qū)動運轉(zhuǎn)機構(gòu)的直線位移，用控制電熱器(電阻)的加熱電流來改動位移量，由于物體的線膨脹量有限，位移量當(dāng)然很小，可用在機電一體化產(chǎn)品中實現(xiàn)微量進給。52. 液壓式執(zhí)行元件 液壓式執(zhí)行元件主要包括往復(fù)運動的油缸、回轉(zhuǎn)油缸、液壓馬達等，其中油缸占絕大多數(shù)。目前，世界上已開發(fā)了

5、各種數(shù)字式液壓式執(zhí)行元件，例如電-液伺服馬達和電-液步進馬達，這些電-液式馬達的最大優(yōu)點是比電動機的轉(zhuǎn)矩大，可以直接驅(qū)動運轉(zhuǎn)機構(gòu)，轉(zhuǎn)矩/慣量比大，過載才干強，適宜于重載的高加減速驅(qū)動。 3. 氣壓式執(zhí)行元件 氣壓式執(zhí)行元件除了用緊縮空氣作任務(wù)介質(zhì)外，與液壓式執(zhí)行元件無什么區(qū)別。具有代表性的氣壓執(zhí)行元件有氣缸、氣壓馬達等。氣壓驅(qū)動雖可得到較大的驅(qū)動力、行程和速度，但由于空氣粘性差，具有可緊縮性，故不能在定位精度較高的場所運用。67 二、對執(zhí)行元件的根本要求 1. 慣量小、動力大82.體積小、分量輕 既要減少執(zhí)行元件的體積、減輕分量，同時又要增大其動力，故通常用執(zhí)行元件的單位分量所能到達的輸出功率

6、或比功率，即用功率密度或比功率密度來評價這項目的。設(shè)執(zhí)行元件的分量為G，那么功率密度為 P/G。比功率密度為 (T2/J)/G 。 3.便于維修、安裝 執(zhí)行元件最好不需求維修。無刷DC及AC伺服電動機就是走向無維修的一例。4.宜于微機控制 根據(jù)這個要求，用微機控制最方便的是電氣式執(zhí)行元件。因此機電一體化系統(tǒng)所用執(zhí)行元件的主流是電氣式，其次是液壓式和氣壓式(在驅(qū)動接口中需求添加電-液或電-氣變換環(huán)節(jié))。內(nèi)燃機定位運動的微機控制較難，故通常僅被用于交通運輸機械。9 第二節(jié) 常用的控制用電動機 控制用電動機有力矩電動機、脈沖步進電動機、變頻調(diào)速電動機、開關(guān)磁阻電動機和各種AC/DC電動機等?？刂朴秒?/p>

7、動機是電氣伺服控制系統(tǒng)的動力部件，是將電能轉(zhuǎn)換為機械能的一種能量轉(zhuǎn)換安裝。由于其可在很寬的速度和負載范圍內(nèi)進展延續(xù)、準確的控制，因此在各種機電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的運用。 控制用電動機有回轉(zhuǎn)和直線驅(qū)動電動機，經(jīng)過電壓、電流、頻率(包括指令脈沖)等控制，實現(xiàn)定速、變速驅(qū)動或反復(fù)起動、停頓的增量驅(qū)動以及復(fù)雜的驅(qū)動，而驅(qū)動精度隨驅(qū)動對象的不同而不同。機電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品中常用的控制用電動機是指能提供正確運動或較復(fù)雜動作的伺服電動機。10伺服電動機控制方式的根本方式11一、對控制用電動機的根本要求12 二、 控制用電動機的種類、特點及選用 在機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品)中運用兩類電動機,一類為普通的動力

8、用電動機,如感應(yīng)式異步電動機和同步電動機等;另一類為控制用電動機,如力矩電動機、脈沖電動機、開關(guān)磁阻電動機、變頻調(diào)速電動機和各種AC/DC電動機等。13 伺服電動機的特點及運用實例 14伺服電動機的性能比較15 伺服電動機優(yōu)缺陷比較 16 不同的運用場所，對控制用電動機的性能密度的要求也有所不同。對于起停頻率低(如幾十次分)，但要求低速平穩(wěn)和扭矩脈動小，高速運轉(zhuǎn)時振動、噪聲小，在整個調(diào)速范圍內(nèi)均可穩(wěn)定運動的機械，如NC任務(wù)機械的進給運動、機器人的驅(qū)動系統(tǒng)，其功率密度是主要的性能目的；對于起停頻率高(如數(shù)百次分)，但不特別要求低速平穩(wěn)性的產(chǎn)品，如高速打印機、繪圖機、打孔機、集成電路焊接安裝等主要

9、的性能目的是高比功率。在額定輸出功率一樣的條件下,交流伺服電動機的比功率最高、 直流伺服電動機次之、步進電動機最低。 1718192021第三節(jié) 直流DC與交流AC 伺服電動機及驅(qū)動 一、直流(DC)伺服電動機及其驅(qū)動 1. 直流伺服電動機的特性及選用 直流伺服電動機經(jīng)過電刷和換向器產(chǎn)生的整流作用，使磁場磁動勢和電樞電流磁動勢正交，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其電樞大多為永久磁鐵。 直流伺服電動機具有較高的呼應(yīng)速度、精度和頻率，優(yōu)良的控制特性等優(yōu)點。但由于運用電刷和換向器，故壽命較低，需求定期維修。22 二十世紀60年代研制出了小慣量直流伺服電動機，其電樞無槽，繞組直接粘接固定在電樞鐵心上，因此轉(zhuǎn)動慣量小、

10、反響靈敏、動態(tài)特性好，適用于高速且負載慣量較小的場所，否那么需根據(jù)其詳細的慣量比設(shè)置精細齒輪副才干與負載慣量匹配，添加了本錢。 直流印刷電樞電動機是一種盤形伺服電動機，電樞由導(dǎo)電板的切口成形，棵導(dǎo)體的線圈端部起換向器作用，這種空心式高性能伺服電動機大多用于工業(yè)機器人、小型NC機床及線切割機床上。23 寬調(diào)速直流伺服電動機的構(gòu)造特點是勵磁便于調(diào)整，易于安排補償繞組和換向極，電動機的換向性能得到改善，本錢低,可以在較寬的速度范圍內(nèi)得到恒轉(zhuǎn)速特性。永久磁鐵的寬調(diào)速直流伺服電動機的構(gòu)造如以下圖所示。有不帶制動器a和帶制動器b兩種構(gòu)造。電動機定子(磁鋼)1采用矯頑力高、不易去磁的永磁資料(如鐵氧體永久磁

11、鐵)、轉(zhuǎn)子(電樞)2直徑大并且有槽，因此熱容量大，構(gòu)造上又采用了通常凸極式和隱極式永磁電動機磁路的組合，提高了電動機氣隙磁通密度。同時，在電動機尾部裝有高精細低紋波的測速發(fā)電機，并可加裝光電編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器及制動器，為速度環(huán)提供了較高的增量，能獲得優(yōu)良的低速剛度和動態(tài)性能。2425 日本法納克(FANUC)公司消費的用于工業(yè)機器人、CNC機床、加工中心(MC)的L系列(低慣量系列)、M系列(中慣量系列)和H系列(大慣量系列直流伺服電動機。其中L系列適宜于頻繁起動、制動場所運用，M系列是在H系列的根底上開展起來的，其慣量較H系列小，適宜于晶體管脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動，因此提高了整個伺服系統(tǒng)的頻

12、率呼應(yīng)。而H系列是大慣量控制用電動機，它有較大的輸出功率，采用六相全波晶閘管整流驅(qū)動。表中電動機型號帶有H標志(如30MH)的表示該電動機裝有熱管冷卻器，該電動機的有效尺寸與不帶熱管冷卻器的同型號的一樣，但其額定轉(zhuǎn)矩大。26 寬調(diào)速直流伺服電動機應(yīng)根據(jù)負載條件來選擇。加在電動機軸上的有兩種負載，即負載轉(zhuǎn)矩和負載慣量。中選用電動機時，必需正確地計算負載，即必需確認電動機能滿足以下條件：在整個調(diào)速范圍內(nèi)，其負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電動機延續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍以內(nèi)；任務(wù)負載與過載時間應(yīng)在規(guī)定的范圍以內(nèi)；應(yīng)使加速度與希望的時間常數(shù)一致。普通講，由于負載轉(zhuǎn)矩起減速作用，假設(shè)能夠，加減速應(yīng)選取一樣的時間常數(shù)。27 值得提出

13、的是慣性負載值對電動機靈敏度和快速挪動時間有很大影響。對于大的慣性負載，當(dāng)指令速度變化時，電動機到達指令速度的時間需求長些。假設(shè)負載慣量到達轉(zhuǎn)子慣量的三倍，靈敏度要遭到影響，當(dāng)負載慣量比轉(zhuǎn)子慣量大三倍時呼應(yīng)時間將降低很多，而當(dāng)慣量大大超越時，伺服放大器就不能在正常條件范圍內(nèi)調(diào)整，必需防止運用這種慣性負載。28 2. 直流伺服電動機與驅(qū)動 直流伺服電動機為直流供電，為調(diào)理電動機轉(zhuǎn)速和方向,需求對其直流電壓的大小和方向進展控制。目前常用晶體管脈寬調(diào)速驅(qū)動和晶閘管直流調(diào)速驅(qū)動兩種方式。 晶閘管直流驅(qū)動方式，主要經(jīng)過調(diào)理觸發(fā)安裝控制晶閘管的觸發(fā)延遲角(控制電壓的大小)來挪動觸發(fā)脈沖的相位，從而改動整流

14、電壓的大小，使直流電動機電樞電壓的變化易于平滑調(diào)速。由于晶閘管本身的任務(wù)原理和電源的特點，導(dǎo)通后是利用交流(50Hz)過零來封鎖的，因此，在低整流電壓時。其輸出是很小的尖峰值(三相全波時每秒300個)的平均值，從而呵斥電流的不延續(xù)性。而采用脈寬調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)，其開關(guān)頻率高(通常達20003000Hz)，伺服機構(gòu)可以呼應(yīng)的頻帶范圍也較寬，與晶閘管相比，其輸出電流脈動非常小，接近于純直流。29伺服電動機與驅(qū)動器驅(qū)動器電動機30312.直流DC伺服電動機與驅(qū)動56/u92/v_Mzg1MzgxODU.html3233 為使電動機實現(xiàn)雙向調(diào)速，多采用以下圖所示橋式電路，其任務(wù)原理與線性放大橋式電路類似。

15、電橋由四個大功率晶體管VT1VT4組成。假設(shè)在VT1和VT3的基極上加以正脈沖的同時，在VT2和VT4的基極上加負脈沖，這時VT1和VT4導(dǎo)通，VT2和VT4截止，電流沿+90VcVT1dMbVT3a0V的途徑流通。設(shè)此時電動機的轉(zhuǎn)向為正向。反之，假設(shè)在晶體管VT1和VT3的基極上加負脈沖，在VT2和VT4的基極上加正脈沖，那么VT2和VT4導(dǎo)通，VT1和VT3截止，電流沿+90VcVT2bMdVT4a0V的途徑流通，電流的方向與前一情況相反，電動機反向旋轉(zhuǎn)。顯然，假設(shè)改動加到VT1和VT3、VT2和VT4這兩組管子基極上控制脈沖的正負和導(dǎo)通率，就可以改動電動機的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。3435二、 交流

16、(AC)伺服電動機及其驅(qū)動 同步型和感應(yīng)型伺服電動機稱為交流伺服電動機，其根本原理是檢測SM同步型和IM感應(yīng)型的氣隙磁場的大小和方向，用電力電子變換器替代整流子和電刷，并經(jīng)過與氣隙磁場方向一樣的磁化電流和與氣隙磁場方向垂直的有效電流來控制其主磁通量和轉(zhuǎn)矩。 采用永久磁鐵磁場的同步電動機不需求磁化電流控制，只需檢測磁鐵轉(zhuǎn)子的位置即可。這種交流伺服電動機也叫做無刷直流伺服電動機(好像步SM型伺服電動機控制框圖見以下圖)。由于它不需求磁化電流控制，故比IM型伺服電動機容易控制。363738第四節(jié) 步進電動機及其驅(qū)動一、步進電動機的特點與種類1. 步進電動機的特點 步進電動機又稱脈沖電動機。它是將電脈

17、沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。其輸入一個電脈沖就轉(zhuǎn)動一步，即每當(dāng)電動機繞組接受一個電脈沖，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比，并在時間上與輸入脈沖同步，只需控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向、很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制。步進電動機具有以下特點：39 步進電動機的任務(wù)形狀不易受各種干擾要素(如電源電壓的動搖、電流的大小與波形的變化、溫度等)的影響，只需在它們的大小未引起步進電動機產(chǎn)生“丟步景象之前，就不影響其正常任務(wù)； 步進電動機的步距角有誤差，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累積誤差，但轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一轉(zhuǎn)以后，

18、其累積誤差變?yōu)椤傲?，因此不會長期積累； 控制性能好,在起動、停頓、反轉(zhuǎn)時不易“丟步。因此，步進電動機被廣泛運用于開環(huán)控制的機電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度。40 2. 步進電動機的種類 步進電動機的種類很多，有旋轉(zhuǎn)式步進電動機，也有直線步進電動機；從勵磁相數(shù)來分有三相、四相、五相、六相等步進電動機。就常用的旋轉(zhuǎn)式步進電動機的轉(zhuǎn)子構(gòu)造來說，可將其分為以下三種：41 1可變磁阻(VR-Variable Reluctance)型 該類電動機由定子繞組產(chǎn)生的反響電磁力吸援用軟磁鋼制成的齒形轉(zhuǎn)子作步進驅(qū)動，故又稱反響式步進電動機。其構(gòu)造原理如圖3.10所示。其定子1與轉(zhuǎn)子2由鐵心構(gòu)

19、成，沒有永久磁鐵，定子上嵌有線圈，轉(zhuǎn)子朝定子與轉(zhuǎn)子之間磁阻最小方向轉(zhuǎn)動，并由此而得名可變磁型。 此類電動機的轉(zhuǎn)子構(gòu)造簡單、轉(zhuǎn)子直徑小，有利于高速呼應(yīng)。由于VR型步進電動機的鐵心無極性，故不需改動電流極性，為此，多為單極性勵磁。42可變磁阻(VR-Variable Reluctance)型可變磁阻型步進電動機4344 該類電動機的定子與轉(zhuǎn)子均不含永久磁鐵，故無勵磁時沒有堅持力。另外，需求將氣隙做得盡能夠小，例如幾個微米。這種電動機具有制造本錢高、效率低、轉(zhuǎn)子的阻尼差、噪聲大等缺陷。但是，由于其制造資料費用低、構(gòu)造簡單、步距角小，隨著加工技術(shù)的提高，可望成為多用途的機種。45 2) 永磁(PM-P

20、ermanent Magnet)型46 PM型步進電動機的轉(zhuǎn)子2采用永久磁鐵、定子1采用軟磁鋼制成，繞組3輪番通電，建立的磁場與永久磁鐵的恒定磁場相互吸引與排斥產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。其構(gòu)造如圖3.11所示。這種電動機由于采用了永久磁鐵，即使定子繞組斷電也能堅持一定轉(zhuǎn)矩，故具有記憶才干，可用做定位驅(qū)動。PM型電動機的特點是勵磁功率小、效率高、造價低，因此需求量也大。由于轉(zhuǎn)子磁鐵的磁化間距遭到限制，難于制造，故步距角較大。與VR型相比轉(zhuǎn)矩大，但轉(zhuǎn)子慣量也較大。473)混合(HB-Hybrid)型48混合(HB-Hybrid)型例混合型步進電動機49 該型步進電機不僅具有VR型步進電動機步距角小、呼應(yīng)頻率高的優(yōu)

21、點，而且還具有PM型步進電動機勵磁功率小、效率高的優(yōu)點。它的定子與VR型沒有多大差別，只是在相數(shù)和繞組接線方面有其特殊的地方，例如，VR型普通都做成集中繞組的方式，每極上放有一套繞組，相對的兩極為一相，而HB型步進電動機的定子繞組大多數(shù)為四相，而且每極同時繞兩相繞組或采用橋式電路繞一相繞組，按正反脈沖供電。 這種類型的電動機由轉(zhuǎn)子鐵心的凸極數(shù)和定子的副凸極數(shù)決議步距角的大小，可制造出步距角較小(0.93.6)的電動機。永久磁鐵也可磁化軸向的兩極，可運用軸向各向異性磁鐵制成高效電動機。50 混合型與永磁型多為雙極性勵磁。由于都采用了永久磁鐵，所以，無勵磁時具有堅持力。另外，勵磁時的靜止轉(zhuǎn)矩都比V

22、R型步進電動機的大。HB和PM型步進電動機可以用做超低速同步電動機，如用60Hz驅(qū)動每步1.8的電動機可作為72rmin的同步電動機運用。 步進電動機與DC和AC伺服電動機相比其轉(zhuǎn)矩、效率、精度、高速性比較差，但步進電動機具有低速時轉(zhuǎn)矩大、速度控制比較簡單、外形尺寸小等優(yōu)點，所以在辦公室自動化方面的打印機、繪圖機、復(fù)印機等機電一體化產(chǎn)品中得到廣泛運用，在工廠自動化方面也可替代低檔的DC伺服電動機。51 二、步進電動機的任務(wù)原理點擊進入動畫觀看步電機任務(wù)原理 /jp2005/34/dianzikejian/chapter/chap5/donghua/diandongji

23、/dianji1.swf兩個齒/jp2005/34/dianzikejian/chapter/chap5/donghua/diandongji/dianji2.swf四個齒52 如上圖a所示，假設(shè)先將電脈沖加到A相勵磁繞組，定子A相磁極就產(chǎn)生磁通，并對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生磁拉力，使轉(zhuǎn)子的1、3兩個齒與定子的A相磁極對齊。而后再將電脈沖通入B相勵磁繞組，B相磁極便產(chǎn)生磁通。由圖b可以看出，這時轉(zhuǎn)子2、4兩個齒與B相磁極靠得最近，于是轉(zhuǎn)子便沿著逆時針方向轉(zhuǎn)過30 角，使轉(zhuǎn)子2、4兩個齒與定子B相磁極對齊。假設(shè)按照ABCA的順序通電，轉(zhuǎn)子那么沿反時針方向一步步地轉(zhuǎn)動，每步轉(zhuǎn)過30，這個

24、角度就叫步距角。顯然，單位時間內(nèi)通入的電脈沖數(shù)越多，即電脈沖頻率越高，電動機轉(zhuǎn)速就越高。假設(shè)按ABCA的順序通電，步進電動機將沿順時針方向一步步地轉(zhuǎn)動。從一相通電換接到另一相通電稱為一拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一個步距角。像上述的步進電動機，三相勵磁繞組依次單獨通電運轉(zhuǎn)，換接三次完成一個通電循環(huán)，稱為三相單三拍通電方式。53 假設(shè)使兩相勵磁繞組同時通電，即按ABBCCAAB順序通電，這種通電方式稱為三相雙三拍，其步距角仍為30。 還有一種是按三相六拍通電方式任務(wù)的步進電動機，即按照AABBBCCCAA順序通電，換接六次完成一個通電循環(huán)。這種通電方式的步距角為l5，如以下圖所示。 54 假設(shè)將電脈沖首先

25、通入A相勵磁繞組，轉(zhuǎn)子齒1、3與A相磁極對齊，如上圖中a所示。然后再將電脈沖同時通入A、B相勵磁繞組，這時A相磁極拉著1、3兩個齒，B相磁極拉著2、4兩個齒，使轉(zhuǎn)子沿著逆時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過l5角時，A、B兩相的磁拉力正好平衡，轉(zhuǎn)子靜止于圖中b的位置。假設(shè)繼續(xù)按BBCCCAA的順序通電，步進電動機就沿著逆時針方向，以l5步距角一步步轉(zhuǎn)動。 步進電動機的步距角越小，意味著它所能到達的位置精度越高。通常的步矩角是1.5或0.75，為此需求將轉(zhuǎn)子做成多極式的，并在定子磁極上制成小齒，如右圖所示。 55 定子磁極上的小齒和轉(zhuǎn)子磁極上的小齒大小一樣，兩種小齒的齒寬和齒距相等。當(dāng)一相定子磁極的小齒與轉(zhuǎn)子的齒

26、對齊時，其他兩相磁極的小齒都與轉(zhuǎn)子的齒錯過一個角度。按著相序，后一相比前一相錯開的角度要大。例如轉(zhuǎn)子上有40個齒，那么相鄰兩個齒的齒距角是360409。假設(shè)定子每個磁極上制成5個小齒，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒和A相磁極小齒對齊時，B相磁極小齒那么沿逆時針方向超前轉(zhuǎn)子13齒距角，即超前3，而C相磁極小齒那么超前轉(zhuǎn)子23齒距，即超前6。按照此構(gòu)造，當(dāng)勵磁繞組按ABCA順序以三相三拍通電時，轉(zhuǎn)子按逆時針方向，以3步距角轉(zhuǎn)動；假設(shè)按照AABBBCCCAA順序以三相六拍通電時，步距角將減小一半，為1.5。如通電順序相反，那么步進電動機將沿著順時針方向轉(zhuǎn)動。56 步距角的大小與通電方式和轉(zhuǎn)子齒數(shù)有關(guān)，其大小可用下式計算：

27、 步距角360(z m) 式中 z-轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m-運轉(zhuǎn)拍數(shù)，通常等于相數(shù)或相數(shù)整數(shù)倍，即m=KN(N為電動機的相數(shù)，單拍時K1，雙拍時K2)。57 反響式步進電動機環(huán)形脈沖分配方式表58三、步進電動機的運轉(zhuǎn)特性及性能目的1.分辨力 在一個電脈沖作用下(即一拍)，電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移，即步距角越小，分辨力越高。最常用的有0.61.2、0.751.5、0.91.8、12、1.53等。2.靜態(tài)特性59 3.動態(tài)特性60 上圖中，A 相與B 相矩-角特性曲線之交點所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩，它表示步進電動機單相勵磁時所能帶動的極限負載轉(zhuǎn)矩。起動轉(zhuǎn)矩通常與步進電動機相數(shù)和通電方式有關(guān)，如下表所示。起動轉(zhuǎn)

28、矩 61 最高延續(xù)運轉(zhuǎn)頻率及矩-頻特性 62矩-頻特性及聯(lián)絡(luò)尺寸63 空載起動頻率與慣-頻特性 64空載起動頻率654. 步進電動機技術(shù)目的實例66 反響式步進電動機技術(shù)性能數(shù)據(jù)67永磁感應(yīng)式步進電動機技術(shù)性能數(shù)據(jù)(一)68 永磁感應(yīng)式步進電動機技術(shù)性能數(shù)據(jù)(二)69 四、步進電動機的驅(qū)動與控制 步進電動機的運轉(zhuǎn)特性與配套運用的驅(qū)動電源驅(qū)動器有親密關(guān)系。驅(qū)動電源由脈沖分配器、功率放大器等組成，如以下圖所示。驅(qū)動電源是將變頻信號源(微機或數(shù)控安裝等)送來的脈沖信號及方向信號按要求的配電方式自動地循環(huán)供應(yīng)電動機各相繞組，以驅(qū)動電動機轉(zhuǎn)子正反向旋轉(zhuǎn)。變頻信號源是可提供從幾赫茲到幾萬赫茲的頻率信號延續(xù)

29、可調(diào)的脈沖信號發(fā)生器。因此，只需控制輸入電脈沖的數(shù)量及頻率就可準確控制步進電動機的轉(zhuǎn)角及轉(zhuǎn)速。70 步進電動機的驅(qū)動電源組成711. 環(huán)形脈沖分配器 步進電動機的各相繞組必需按一定的順序通電才干正常任務(wù)。這種使電動機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器又稱為環(huán)形脈沖分配器。實現(xiàn)環(huán)形分配的方法有三種。72軟環(huán)分： 利用查表或計算方法來進展脈沖的環(huán)形分配。以以下圖所示的微機控制三相步進電機為例，對其軟環(huán)分形狀進展詳細引見。 7374 可將表中形狀代碼0lH、03H、02H、06H、04H、05H列入程序數(shù)據(jù)表中,經(jīng)過軟件可依次在數(shù)據(jù)表中提取數(shù)據(jù)并經(jīng)過輸出接口輸出即可，經(jīng)過正向順序讀取和

30、反向順序讀取可控制電動機進展正反轉(zhuǎn)。經(jīng)過控制讀取一次數(shù)據(jù)的時間間隔可控制電動機的轉(zhuǎn)速。該方法能充分利用計算機軟件資源以降低硬件本錢，尤其是對多相的脈沖分配具有更大的優(yōu)點。但由于軟環(huán)分占用計算機的運轉(zhuǎn)時間，故會使插補一次的時間添加，易影響步進電動機的運轉(zhuǎn)速度。75 采用小規(guī)模集成電路搭接 以下圖為用雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器C1、C2、C3搭接而成的三相六拍環(huán)形脈沖分配器，利用這種方式可搭接恣意相恣意通電順序的環(huán)形分配器，同時在任務(wù)時不占用計算機的任務(wù)時間，但柔性較差，硬件一旦完成就不易修正。7677采用公用環(huán)形分配器器件 圖為市售的CH250即為一種三相步進電動機公用環(huán)形分配器。它可以實現(xiàn)三相步進電動機的各

31、種環(huán)形分配雙三拍，單六拍等，運用方便、接口簡單。圖a為CH250的管腳圖，圖b為三相六拍接線圖。78公用環(huán)形分配器器件管腳A、B、C為相輸出端;管腳R、R*用于確定初始勵磁相:假設(shè)為10，那么為A相，假設(shè)為01，那么為A、B相，假設(shè)為00，那么為環(huán)形分配器任務(wù)形狀;管腳CL、EN為進給脈沖輸入端:假設(shè)EN=1，進給脈沖接CL，脈沖上升沿使環(huán)形分配器任務(wù)，假設(shè)CL=0，進給脈沖接EN，脈沖下降沿使環(huán)形分配器任務(wù)，否那么環(huán)形分配器形狀鎖定;管腳J3r、J3L、J6r、J6L為三拍或六拍任務(wù)方式的控制端;管腳UD、US為電源端。 79CH250任務(wù)形狀802. 功率放大器 步進電動機所運用的功率放大電路有電壓型和電流型。電壓型又有單電壓型以下圖1、雙電壓型(高低壓型)如以下圖2，其中圖2a是由采用脈沖變壓器TI組成的、圖2b是由采用單穩(wěn)觸發(fā)器組成的。電流型中有恒流驅(qū)動、斬波驅(qū)動等。818283843. 細分驅(qū)動 上述提到的步進電動機的各種功率放大電路都是采用環(huán)形分配器芯片進展環(huán)形分配，控制電動機各相繞組的導(dǎo)通或截止，從而使電動機產(chǎn)生步進運動，步距角的大小只需兩種，即整步任務(wù)或半步任