電機與控制4課件

優(yōu)點：用于位置與速度控制最簡單，且沒有累積誤差。第四章步進電動機傳動控制系統(tǒng)缺點：功率?。ㄈ鐜装偻咭韵拢欧炔缓芨?。步進電動機輸入一個步進脈沖則轉(zhuǎn)動一定角度，稱為步距角β，常用于打印機、數(shù)碼相機、經(jīng)濟型數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)等。（P92）§4.1步進電動機1.結(jié)構(gòu)特點一.三相步進電動機結(jié)構(gòu)與工作原理定子繞組：三相A、B、C，為3個獨立繞組，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。轉(zhuǎn)子采用軟磁性材料，稱為反應(yīng)式（VR）：

步距角小、電流較大、效率較低。步進電機工作原理就是電磁鐵的工作原理采用永久磁鐵，稱為永磁式（PM）：步距角大、電流較小、效率較高。采用軟磁性材料+永久磁鐵，稱為混合式(HB):步距角小、電流較小、效率較高、價格較高。ABC定子6個齒，轉(zhuǎn)子齒4個、6個……2.三相反應(yīng)式步進電機工作原理當(dāng)A相定子齒與轉(zhuǎn)子齒對齊時，B相定子齒與轉(zhuǎn)子齒順時針方向錯開1/3轉(zhuǎn)子齒距角τ(圖中30)，C相定子齒與轉(zhuǎn)子齒逆時針方向錯開1/3轉(zhuǎn)子齒距角τ(30)CA'BB'C'A3412通電相序：定子各相繞組的通電順序，如A→B→C→A(單三拍)A相繞組通電時，轉(zhuǎn)子齒1與A相定子齒對齊B相繞組通電時，轉(zhuǎn)子齒2與B相定子齒近，吸引對齊，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)30，即步距角β=30C相繞組通電時，轉(zhuǎn)子齒3與C相定子齒近，吸引對齊，順轉(zhuǎn)β=30CA'BB'C'A34121C'342CA'BB'A一個通電循環(huán)（這里為3步，稱3拍），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1個齒。雙三拍ABBCCAAB：步距角β=30二.小步距角步進電機轉(zhuǎn)子開許多小齒，定子開同樣的小齒以便吸引轉(zhuǎn)子齒，對于三相步進電機，當(dāng)A相定子齒與轉(zhuǎn)子齒對齊時，B相定子齒與轉(zhuǎn)子齒順時針方向錯開1/3轉(zhuǎn)子齒距角τ，對于五相步進電機則錯開1/5轉(zhuǎn)子齒距角τ通電相序A→B→C→A一個循環(huán)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1個齒，p為拍數(shù)，m為相數(shù)，K=1（單三拍、雙三拍），K=2（單雙六拍）設(shè)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Z，則轉(zhuǎn)子齒距角步距角例.某五相步進電機按五相十拍方式運行，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=40，求步距角β;當(dāng)步進脈沖頻率f=120Hz時，求電機轉(zhuǎn)速n解：轉(zhuǎn)子齒距角步距角三.步進電機的主要特性1.主要特性①矩角特性（電磁轉(zhuǎn)矩T與偏轉(zhuǎn)角θ(或電角度)間的關(guān)系）當(dāng)轉(zhuǎn)子齒與定子齒對齊時，偏轉(zhuǎn)角θ=0，電磁轉(zhuǎn)矩T=0，當(dāng)轉(zhuǎn)子齒與定子齒偏離1/4齒(即電角度)時，T達最大靜轉(zhuǎn)矩Tsmax）為使電機運轉(zhuǎn)可靠，負載轉(zhuǎn)矩只能為30~50%Tsmax②啟動慣頻特性啟動頻率(突跳頻率)：在負載轉(zhuǎn)矩為零的條件下啟動，不失步地進入正常運行狀態(tài)所允許的最高啟動頻率，主要受限于轉(zhuǎn)子及傳動機構(gòu)的慣量。③運行頻率特性連續(xù)運行頻率：電機不失步地運行的最高頻率，主要受限于繞組電流上升、下降速度；電機加速時不能使頻率增加過快。④矩頻特性矩頻特性指在正常運行情況下最大輸出轉(zhuǎn)矩與步進脈沖頻率間的關(guān)系，主要受限于繞組電流上升、下降速度。2.性能指標(biāo)①步距角β②精度：步距誤差最大值或步距累積誤差最大值。(P97)§4.2環(huán)形分配器（P318）二.環(huán)形分配器一.步進電機驅(qū)動系統(tǒng)框圖環(huán)形分配器功率放大器步進電機A相(mA級)B相(mA級)C相(mA級)A相(A級)B相(A級)C相(A級)步進脈沖通電相序環(huán)形分配器：用于將步進脈沖轉(zhuǎn)換成通電相序。1.用觸發(fā)器等構(gòu)造：可靠性不高2.用專用集成電路，如CH250，L297，PM03等，方便3.用單片機編程實現(xiàn)：方便，成本低。用8051單片機P1口8個引腳P1.0~P1.7中的3個即可8051CBAP1.0P1.2P1.1通電相序：AABBBCC

CAAP1口賦值(2進制)：001011010110100101001P1口賦值(16進制)：01H03H02H06H04H05H01H編程：MOVDPTR,#TAB MOVA,#03HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,A……TAB:DB01H,03H,02H,06H,04H,05HP1=06H1.步進電機驅(qū)動的特點①各相定子繞組工作在脈沖供電方式下②各相繞組有較大電感，阻礙電流變化理想繞組電流I：實際電流I：故步進電機高速（高頻）性能差，需改進驅(qū)動電路，使繞組電流盡可能上升快、下降快，如斬波恒流驅(qū)動?！?.3功率放大電路當(dāng)t=3T時，電流I會達到穩(wěn)態(tài)值的95%；t=4T時，電流I達到穩(wěn)態(tài)值的98.2%，故時間常數(shù)T越小越好。L,rR3ΩI+UVTVT導(dǎo)通，電壓U立即加到繞組上，但電流I只能逐漸增大，規(guī)律如下圖紅線所示：時間常數(shù)繞組電感L大，而內(nèi)阻r小，不串電阻R則T大，串R則T大大減小，電流上升、下降速度大大加快，電機性能明顯提高。RDL,rRV3ΩIC+UVT電容C在VT導(dǎo)通瞬間能進一步加快電流I上升速度。VT關(guān)斷時必須讓繞組續(xù)流，磁場能（電流）逐漸釋放，否則會產(chǎn)生數(shù)千伏反電勢燒壞電路。RDRVI+UI續(xù)流電路特點：簡單，電流上升速度加快，效率低，用于小電機。3.高低壓切換型驅(qū)動電路

特點：電流上升速度大大提高，啟動力矩大，高頻（高速）性能大大提高，效率高。先用高壓給繞組供電,V2將低壓隔離，電流上升極大加快(如幾十倍),短時后關(guān)VT2,低壓給繞組供電得正常電流。R浪費能量，應(yīng)去掉高壓前置放大低壓前置放大控制門整形U1U1V2U2V1VT1RDVT2LRe圖6-14恒流斬波驅(qū)動電路原理圖輸入4.斬波恒流驅(qū)動電路

通過采樣電阻Re測繞組電流I，I≥Imax則關(guān)高壓管VT1，低壓給繞組供電，電流下降；I≤Imin則開VT1，高壓給繞組供電，電流上升，使電流基本恒定。RD浪費能量，應(yīng)去掉特點：電流上升速度大大提高，啟動力矩大，高頻（高速）性能大大提高，效率高，可靈活控制