電機(jī)與控制4課件

優(yōu)點(diǎn)：用于位置與速度控制最簡(jiǎn)單，且沒(méi)有累積誤差。第四章步進(jìn)電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)控制系統(tǒng)缺點(diǎn)：功率?。ㄈ鐜装偻咭韵拢欧炔缓芨?。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸入一個(gè)步進(jìn)脈沖則轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，稱為步距角β，常用于打印機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)等。（P92）§4.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一.三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理定子繞組：三相A、B、C，為3個(gè)獨(dú)立繞組，用于產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。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(jìn)電機(jī)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(jià)格較高。ABC定子6個(gè)齒，轉(zhuǎn)子齒4個(gè)、6個(gè)……2.三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理當(dāng)A相定子齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，B相定子齒與轉(zhuǎn)子齒順時(shí)針?lè)较蝈e(cuò)開(kāi)1/3轉(zhuǎn)子齒距角τ(圖中30)，C相定子齒與轉(zhuǎn)子齒逆時(shí)針?lè)较蝈e(cuò)開(kāi)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(shí)，轉(zhuǎn)子齒1與A相定子齒對(duì)齊B相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒2與B相定子齒近，吸引對(duì)齊，轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)30，即步距角β=30C相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子齒3與C相定子齒近，吸引對(duì)齊，順轉(zhuǎn)β=30CA'BB'C'A34121C'342CA'BB'A一個(gè)通電循環(huán)（這里為3步，稱3拍），轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1個(gè)齒。雙三拍ABBCCAAB：步距角β=30二.小步距角步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子開(kāi)許多小齒，定子開(kāi)同樣的小齒以便吸引轉(zhuǎn)子齒，對(duì)于三相步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)A相定子齒與轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，B相定子齒與轉(zhuǎn)子齒順時(shí)針?lè)较蝈e(cuò)開(kāi)1/3轉(zhuǎn)子齒距角τ，對(duì)于五相步進(jìn)電機(jī)則錯(cuò)開(kāi)1/5轉(zhuǎn)子齒距角τ通電相序A→B→C→A一個(gè)循環(huán)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1個(gè)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(jìn)電機(jī)按五相十拍方式運(yùn)行，轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z=40，求步距角β;當(dāng)步進(jìn)脈沖頻率f=120Hz時(shí)，求電機(jī)轉(zhuǎn)速n解：轉(zhuǎn)子齒距角步距角三.步進(jìn)電機(jī)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(duì)齊時(shí)，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(shí)，T達(dá)最大靜轉(zhuǎn)矩Tsmax）為使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，負(fù)載轉(zhuǎn)矩只能為30~50%Tsmax②啟動(dòng)慣頻特性啟動(dòng)頻率(突跳頻率)：在負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零的條件下啟動(dòng)，不失步地進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)所允許的最高啟動(dòng)頻率，主要受限于轉(zhuǎn)子及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量。③運(yùn)行頻率特性連續(xù)運(yùn)行頻率：電機(jī)不失步地運(yùn)行的最高頻率，主要受限于繞組電流上升、下降速度；電機(jī)加速時(shí)不能使頻率增加過(guò)快。④矩頻特性矩頻特性指在正常運(yùn)行情況下最大輸出轉(zhuǎn)矩與步進(jìn)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)框圖環(huán)形分配器功率放大器步進(jìn)電機(jī)A相(mA級(jí))B相(mA級(jí))C相(mA級(jí))A相(A級(jí))B相(A級(jí))C相(A級(jí))步進(jìn)脈沖通電相序環(huán)形分配器：用于將步進(jìn)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(jī)編程實(shí)現(xiàn)：方便，成本低。用8051單片機(jī)P1口8個(gè)引腳P1.0~P1.7中的3個(gè)即可8051CBAP1.0P1.2P1.1通電相序：AABBBCC

CAAP1口賦值(2進(jìn)制)：001011010110100101001P1口賦值(16進(jìn)制)：01H03H02H06H04H05H01H編程：MOVDPTR,#TAB MOVA,#03HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,A……TAB:DB01H,03H,02H,06H,04H,05HP1=06H1.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)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(shí)際電流I：故步進(jìn)電機(jī)高速（高頻）性能差，需改進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路，使繞組電流盡可能上升快、下降快，如斬波恒流驅(qū)動(dòng)?！?.3功率放大電路當(dāng)t=3T時(shí)，電流I會(huì)達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的95%；t=4T時(shí)，電流I達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的98.2%，故時(shí)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(shí)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(jī)性能明顯提高。RDL,rRV3ΩIC+UVT電容C在VT導(dǎo)通瞬間能進(jìn)一步加快電流I上升速度。VT關(guān)斷時(shí)必須讓繞組續(xù)流，磁場(chǎng)能（電流）逐漸釋放，否則會(huì)產(chǎn)生數(shù)千伏反電勢(shì)燒壞電路。RDRVI+UI續(xù)流電路特點(diǎn)：簡(jiǎn)單，電流上升速度加快，效率低，用于小電機(jī)。3.高低壓切換型驅(qū)動(dòng)電路

特點(diǎn)：電流上升速度大大提高，啟動(dòng)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(shí)后關(guān)VT2,低壓給繞組供電得正常電流。R浪費(fèi)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(dòng)電路原理圖輸入4.斬波恒流驅(qū)動(dòng)電路

通過(guò)采樣電阻Re測(cè)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(kāi)VT1，高壓給繞組供電，電流上升，使電流基本恒定。RD浪費(fèi)能量，應(yīng)去掉特點(diǎn)：電流上升速度大大提高，啟動(dòng)力矩大，高頻（高速）性能大大提高，效率高，可靈活控制