直流電機與步進電機區(qū)別詳細解說課件

直流電機

與

電機熊磊（組長）陸斌趙建龍?zhí)菩侵绷麟姍C定義：輸出或輸入為直流電能的旋轉電機，稱為直流電機，它是能實現(xiàn)直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發(fā)電機運行時是直流發(fā)電機，將機械能轉換為電能。直流電機在數(shù)控機床、光纜線纜設備、機械加工、印制電路板設備、焊接切割、機車車輛、醫(yī)療設備、通訊設備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應用。

分類：按結果主要分為直流電動機和直流發(fā)電機；按類型主要分為直流有刷電機和直流無刷電機；直流電機的勵磁方式是指對勵磁繞組如何供電、產(chǎn)生勵磁磁通勢而建立主磁場的問題。按勵磁方式主要分為他勵直流電機、并勵直流電機、串勵直流電機和復勵直流電機。

直流電機的PWM控制系統(tǒng)模塊圖由設定值計數(shù)器、鋸齒波發(fā)生器和數(shù)字比較器構成了PWM信號的產(chǎn)生電路：當U/D=1時，輸入CLK2，設定值計數(shù)器輸出值增加，使得PWM的占空比增加，電機加速。反正，U/D=0時，電機變慢。在鋸齒波計數(shù)器的CLK0的作用下輸出周期性線性增加的鋸齒波。經(jīng)過數(shù)字比較器時，當計數(shù)值小于設定值時，則數(shù)字比較器輸出低電平，反之，輸出高電平，由此產(chǎn)生PWM波形。其中：比較器的cmp3模塊，與步進電機電路中的比較器模塊是相同的。CNT5是一個5位二進制計數(shù)器，作為脈寬計數(shù)器；DECD是一個轉速控制模塊，改變其輸出值，就等于改變PWM輸出信號的占空比；CLK5是計數(shù)時鐘輸入端，對轉速進行了32級細分。示例程序和實驗指導課件位置：\EDA_BOOK3_FOR_1C6\chpt13\EXPT13_4_MOTO\工程：step_a旋轉方向控制電路由兩個2選1多路選擇器組成?！癝TART”鍵通過與門來控制PWM的輸出，從而達到控制電機的開關。直流電機結構直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產(chǎn)生磁場，由主磁極、換向極、軸承和電刷等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器等組成。

在脈沖作用下，當電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉速得到控制。設電機始終接通電源時，電機轉速最大為Vmax，設占空比為D=t／T，則電機的平均速度為Vd=Vmax×D式中，Vd電機的平均速度；Vmax電機全通電時的速度(最大)；D=t1／T占空比。當我們改變占空比D=t1／T時，就可以得到不同的電機平均速度Vd，從而達到調速的目的。在一般應用中，可以將平均速度Vd與占空比D近似地看成線性關系。步進電機步進電機是機電控制中一種常用的執(zhí)行機構，在自動化儀表、自動控制、機器人、自動生產(chǎn)流水線等領域的應用相當廣泛。它的用途是將電脈沖轉化為角位移，通俗的說：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（步進角）。通過控制脈沖個數(shù)即可控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。常用的步進電機分三種：永磁式（PM）、反應式（VR）和混合式（HB）。永磁式一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角為15°和7.5°；反應式一般為三相，可以實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角為1.5°，但噪聲和震動較大；混合式是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點，分為兩相和五相，步進角分別為1.8°和0.72°，應用最為廣泛。步進電機的單向旋轉控制電路4節(jié)拍分配器ADDER1步進電機的單向旋轉控制電路DEC2源代碼步進電機的雙向旋轉控制方式根據(jù)步進電機的驅動原理，逆轉各項脈沖的順序即可使步進電機反向旋轉。步進電機的細分驅動控制原理“細分驅動”概述一、概念：將“電機固有步距角”細分成若干小步的驅動方法，稱為細分驅動，細分是通過驅動器精確控制步進電機的相電流實現(xiàn)的，與電機本身無關。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級近似階梯波），則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場合力，會使轉子有N個新的平衡位置（形成N個步距角）。二、最新技術發(fā)展：國內外對細分驅動技術的研究十分活躍，高性能的細分驅動電路，可以細分到上千甚至任意細分。目前已經(jīng)能夠做到通過復雜的計算使細分后的步距角均勻一致，大大提高了步進電機的脈沖分辨率，減小或消除了震蕩、噪聲和轉矩波動，使步進電機更具有“類伺服”特性。步進電機的細分驅動控制原理“細分驅動”概述二、最新技術發(fā)展：對實際步距角的作用：在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己對步距角的要求。如果使用細分驅動器，則用戶只需在驅動器上改變細分數(shù)，就可以大幅度改變實際步距角，步進電機的‘相數(shù)’對改變實際步距角的作用幾乎可以忽略不計。1.采用細分技術與步進電機精度提高的關系：步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能。細分后電機運轉時對每一個脈沖的分辨率提高了，但運轉精度能否達到或接近脈沖分辨率還取決于細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制。步進電機的細分驅動控制原理“細分驅動”概述二、最新技術發(fā)展：2.真正的細分對驅動器要有相當高的技術要求和工藝要求，成本亦會較高。國內有一些驅動器采用對電機相電流進行“平滑”處理來取代細分，屬于“假細分”，“平滑”并不產(chǎn)生微步，會引起電機力矩的下降。真正的細分控制不但不會引起電機力矩的下降，相反，力矩會有所增加。步進電機的細分驅動控制原理方案一：同樣，B→C，C→D，D→A，各步轉換時同樣插入n步。從以上分析可以看出，如果要在兩步之間插入若干步，只要控制電機繞組的電流生成若干個臺階即可，但為了保證運行精度，每個臺階上的電流精度須得到保證，臺階數(shù)也必須為整數(shù)。步進電機的細分驅動控制原理方案二：通過改變脈沖的占空比，改變高電平的存在時間，從而減小相序變化的大小。步進電機的細分驅動控制原理方法二：通過改變脈沖的占空比，改變高電平的存在時間，從而減小相序變化的大小。細分控制的基本思想是以正弦波作為步進電機每相的輸入，每相間隔四分之一個周期，但是由于步進電機僅允許直流電輸入，為達到該目的，教材上提出梯形電流作為每相的控制電流。由于每相電流是一個數(shù)字量，并且只能在0、1之間變換，不可能實現(xiàn)梯形電流。因此，在具體實驗中，采用PWM的方法模擬出梯形電流。脈沖寬度調制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的縮寫