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1、第13章 步进电动机传动控制系统,13.1 步进电动机13.2 步进电动机的环形分配器13.3 步进电动机的驱动电路13.4 步进电动机的控制13.5 步进电动机的应用举例,步进电机是一种控制电机，主要功能将脉冲信号转换为角位移或直线位移。,概述,步进电机是受一系列电脉冲控制而动作；步进电机转动的角度由输入的脉冲个数决定，转动的速度由脉冲频率决定。,步进电机的运动是步进形式，故称作步进电机；步进电机绕组所加的电源形式是脉冲电压，所以也称作脉冲电机；,所以步进电机的传动控制，主要是控制一系列具有一定功率的功率脉冲信号；,步进电机传动控制系统由脉冲发生器产生电脉冲信号，通过环形分配器分配顺序加到步
2、进电机各相绕组上的脉冲顺序，再经脉冲功率放大器放在后加到电机各相绕组上。步进电机传动控制系统的组成框图如下所示,控制器,环形分配器,功率放大器,步进电动机,辅助电路,驱动电源,13.1 步进电动机,1 基本结构,13.1.1反应式步进电动机的工作原理和基本特点,2.工作原理和基本特点(2本),磁阻力矩-驱动力矩ABC三相轮流通电流I，转子就会向一个方向一步一步转动，转速与脉冲的频率相关。ABC ACB-反转 旋转方向由控制绕组的通电次序决定。三相单三拍-每步转过 步距角=,讨论,磁通总是力图走磁阻最小的路径。,三相双三拍运行方式 这种运行方式是按ABBCCAAB或相反的顺序通电的，即每次同时给
3、两相绕组通电。每步转过 步距角=,三相六拍运行方式 这种运行方式是按A-AB-BBC-CCAA或相反的顺序通电的。每步转过 步距角=,13.1.2 实际反应式步进电动机,转子的齿距等于360/40=9，齿宽、齿槽各4.5。,如图为一个转子有40个齿的小步距角步进电机，定子是 6个磁极，每个磁极上有五个齿。当定子绕组按A BC顺序轮流通一次电，转子转过一个齿距。,每通电一次（运行一拍），转子就走一步9/3=3，即步距角为3,对三相单三拍或三相双三拍而言：,13.1.3 基本特点每循环一次,经过一个齿距,控制电脉冲u的个数等于拍数 N。控制脉冲频率与每相脉冲频率的关系：设转子的齿数为 则齿距角 转
4、子每步转过的空间角度：步距角 当把一个转子齿看成转子的一对极：齿距角 步距角,转速 可见反应式步进电动机转速取决于脉冲频率、转 子齿数和拍数，而与电压负载、温度无关。步进电动机具有自锁能力 输入一个脉冲并保持-转子保持在固定位置上 所以步进电动机只与控制脉冲同步，同时又能按 照控制的要求实现启动、停止、反转和调速。,13.1.4 步进电动机的矩角特性和静态转矩,各相绕组按顺序通入电流，步进电机步进运行。当控制脉冲停止，某相绕组通入恒定电流，此时转子固定，如果受到扰动，磁拉力能使转子回到原来位置，称为静止状态。,（1）步进电动机不改变通电情况的运行状态叫静态运行。静态时转矩受到的反应转矩称为静转
5、矩T。（2）电机定子齿与转子齿中心线之间的夹角叫做失调角，用电角度表示。这样，我们作出静转矩和失调角之间的特性曲线，叫做矩角特性。,静转矩T与失调角 的关系近似为：T=-C sin,1.单相通电,（3）矩角特性：T=-C sin,2.多相通电（三本）,最大转矩没有变化,三相有两相通电,多相通电,最大转矩变大,13.1.5 步进电动机的单步运行状态,单步运行状态是指步进电动机在单相或多相通电时，仅改变一次通电状态的运行方式，或输入脉冲频率非常低，在第二个脉冲来之前，前一步已经走完，转子静止的状态。（注意：绕组电感不计）,1.步进电动机的单步运行和最大负载能力,以三相为例；理想空载状态，各相通电时
6、失调角为0；,负载步进运行,提高 的方法三相步进电动机从三相单三拍到三相六拍,步距角减小一半,极限启动转矩提高,带负载能力提高拍数越多,极限启动转矩越接近最大转矩,单步运行时的转子振荡现象,13.1.6 步进电动机的连续运行和动特性,1 运行矩频特性 f(步进 连续),2 静稳定区和动稳定区,3 不同频率下的连续稳定运行与运行频率步进运行控制频率低,步进.一般欠阻尼,稳定的步进状态,控制频率提高,脉冲周期缩短-振荡末衰减完下一脉冲到来 下一脉冲到来时,转子处什么位置与脉冲频率有关 注意:当控制脉冲频率等于或接近步进电机振荡频率的1/K(K=1,2,3-)时,电机会出现强烈振荡,甚至丢步和无法工
7、作-低频共振低频丢步,如阻尼较强，振荡衰减较快，回摆幅值较小，切换点在动稳定区之内，电机就不会失步。另：拍数越多，步距角越小，动、静稳定区越接近，也可消除低频失步。当控制脉冲频率等于1/K转子振荡频率时，如阻尼作用不强，即使电机不发生低频失步，也会产生低频共振现象，-无法工作。一般不允许电机在共振频率下运行,3 启动过程和启动频率 启动过程:转速稳定前的暂态过程 启动频率:在一定负载转矩下,电机正常启动时(不丢步,不失步)所能加的最高控制频率连续运行频率,13.4 步进电动机的单步运行状态,脉冲通电顺序为A-B-C。不考虑振荡，空载运行情况分析动稳定区：下一个通电绕组的静稳定区称之为动稳定区。,静、动稳定区必须有重叠，即重叠区(-b)0。,
