電機(jī)與拖動(dòng)技術(shù)基礎(chǔ)第11章--步進(jìn)電動(dòng)機(jī)課件

1、第11章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理11.2 其他形式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制11.4步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用11.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的一種控制電動(dòng)機(jī)。其運(yùn)行特點(diǎn)是每輸人一個(gè)電脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步。 11.1.1反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子鐵芯由硅鋼片組成，定子上有均勻分布有六個(gè)磁極，磁極上繞有控制繞組，兩個(gè)相對(duì)磁極組成一相，故共有三相繞組轉(zhuǎn)子鐵芯由硅鋼片組成，轉(zhuǎn)子鐵芯上沒有繞組，轉(zhuǎn)子具有均勻分布的四個(gè)齒，且轉(zhuǎn)子齒寬等于定子極靴寬。 11.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理11.1.2反應(yīng)式步進(jìn)電

2、動(dòng)機(jī)的工作原理當(dāng)A相時(shí)，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)，所以轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與定子A極軸線對(duì)齊。同理，當(dāng)斷開A相接通B相時(shí)，轉(zhuǎn)子便按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過30，使轉(zhuǎn)子齒2和4的軸線與定子B極軸線對(duì)齊。斷開B相，接通C相，則轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過30，使轉(zhuǎn)子齒1和3的軸線與C極軸線對(duì)齊。 如此按ABCA順序不斷接通和斷開控制繞組， 轉(zhuǎn)子就會(huì)一步一步地按逆時(shí)針方向連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。 11.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理11.1.2反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理按ABCA方式運(yùn)行的稱為三相單三拍運(yùn)行“三相”是指此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)具有三相定子繞組“單”是指每次只有一相繞組通電“三拍”是指三次換接為一個(gè)循環(huán)如果通電方式為ABBCCAA

3、B，則稱為三相雙三拍工作方式如果通電方式為AABBBCCCAA，則稱為三相單（雙）六拍或三相六拍工作方式11.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理11.1.2反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每輸入一個(gè)脈沖電信號(hào)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角，用符號(hào)表示。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角與相數(shù)m、轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z、通電方式C有關(guān)，其關(guān)系為： C為狀態(tài)系數(shù)，當(dāng)采用單三拍或雙三拍方式時(shí)，C=1；當(dāng)采用單、雙六拍時(shí)，C=2。 11.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理11.1.2反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，而與電壓、負(fù)載、溫度等因素?zé)o關(guān) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速11.2 其他形式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11

4、.2.1 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu) 定子上有兩相或多相繞組轉(zhuǎn)子為一對(duì)或幾對(duì)極的星形磁鐵轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子每相的極數(shù)相同 11.2 其他形式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11.2.1 永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 2永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn) 大步距角， 例如15、 22.5、 30、 45、 90等； 啟動(dòng)頻率較低， 通常為幾十到幾百赫茲(但轉(zhuǎn)速不一定低)； 控制功率??； 在斷電情況下有定位轉(zhuǎn)矩； 有強(qiáng)的內(nèi)阻尼力矩。 11.2 其他形式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11.2.2感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 11.2 其他形式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11.2.2感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子鐵芯與反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相同，即分成若干大極，每個(gè)

5、極上有小齒及控制繞組；定子控制繞組與永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相同，也是兩相集中繞組，每相為兩對(duì)極，按A - B - (-A) - (-B) - A 次序輪流通以正負(fù)電脈沖(也可在同一相的極上繞上兩套繞向相反的繞組，通以正脈沖)；轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與永久式同步電動(dòng)機(jī)相同，兩段轉(zhuǎn)子鐵芯上也開有齒槽，其齒距與定子小齒齒距相同。 11.2 其他形式的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)11.2.2感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)子磁鐵充磁后，一端(如圖中A端)為N極，則A端轉(zhuǎn)子鐵芯的整個(gè)圓周上都呈N極性， B端轉(zhuǎn)子鐵芯則呈S極性。當(dāng)定子A相通電時(shí)，定子1 - 3 - 5 - 7極上的極性為N - S - N - S，這時(shí)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定平衡位置就是圖11-5

6、所示的位置，即定子磁極1和5上的齒在B端與轉(zhuǎn)子的齒對(duì)齊，在A端則與轉(zhuǎn)子槽對(duì)齊，磁極 3 和 7 上的齒與A端上的轉(zhuǎn)子齒及B端上的轉(zhuǎn)子槽對(duì)齊，而B相 4 個(gè)極(2、 4、 6、 8 極)上的齒與轉(zhuǎn)子齒都錯(cuò)開1/4齒距。 11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制11.3.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源主要包括變頻信號(hào)源、脈沖分配器和脈沖放大器三部分 。 11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制11.3.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖 11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制11.3.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制 1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)控制 利用微型計(jì)算機(jī)的IO控制接口板，可實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制 11.3步

7、進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制表11-1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)三相六拍環(huán)形控制表（正轉(zhuǎn)） 控制節(jié)拍A2 A1 A0控制方向方向10 0 101H反轉(zhuǎn)正轉(zhuǎn)20 1 103H30 1 002H41 1 006H51 0 004H61 0 105H11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制用C語言實(shí)現(xiàn)其控制動(dòng)作，則正轉(zhuǎn)程序：outportb (0 x2000，0 x01)；outportb (0 x2000，0 x03)；outportb (0 x2000，0 x02)；outportb (0 x2000，0 x06)；outportb (0 x2000，0 x04)；outportb (0 x2000，0 x05)；反轉(zhuǎn)程序：o

8、utportb (0 x2000，0 x05)；outportb (0 x2000，0 x04)；outportb (0 x2000，0 x06)；outportb (0 x2000，0 x02)；outportb (0 x2000，0 x03)；outportb (0 x2000，0 x01)； 11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的速度，取決于輸入脈沖的頻率。只要在控制軟件中，控制兩個(gè)節(jié)拍進(jìn)給脈沖的間隔時(shí)間，就可以方便地實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度的控制。兩個(gè)節(jié)拍間的間隔時(shí)間通常采用軟件延時(shí)的方法實(shí)現(xiàn)，如在C語言中 設(shè)V為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度控制變量，則可通過以下循環(huán)體控

9、制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照一定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行正方向旋轉(zhuǎn)。反方向運(yùn)動(dòng)同理可得。outportb (0 x2000，0 x01)；delay (V)；outportb (0 x2000，0 x03)；delay (V)；outportb (0 x2000，0 x02)；delay (V)；outportb (0 x2000，0 x06)；delay (V)；outportb (0 x2000，0 x04)；delay (V)；outportb (0 x2000，0 x05)；delay (V)；11.3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)與控制3步進(jìn)電動(dòng)機(jī)位置控制 首先按照機(jī)械傳動(dòng)關(guān)系，求出絲杠位移量與步進(jìn)時(shí)間轉(zhuǎn)角的關(guān)系，從而得到一定直線位移量所對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)角，并根據(jù)步距角的大小