步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)

步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)第1頁/共30頁一、步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)1、認(rèn)識步進(jìn)電機(jī)第2頁/共30頁2、認(rèn)識步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器第3頁/共30頁3、步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)第4頁/共30頁二、步進(jìn)電機(jī)1、步進(jìn)電機(jī)的定義步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的控制電機(jī)，常作為數(shù)字控制系統(tǒng)中的執(zhí)行元件。第5頁/共30頁2、步進(jìn)電機(jī)的分類按力矩產(chǎn)生的原理分1）反應(yīng)式：

轉(zhuǎn)子為軟磁材料，定、轉(zhuǎn)子開小齒、步距角小。2）永磁式：

轉(zhuǎn)子為永磁材料，轉(zhuǎn)子的極數(shù)=每相定子極數(shù)，不開小齒，步距角較大，力矩較大3）感應(yīng)子式(混合式)：

轉(zhuǎn)子為永磁式、兩段，開小齒，轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)性能好、步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。按照定子數(shù)目分類——單定子雙定子多定子按照定子勵(lì)磁相數(shù)分類——三相四相五相六相按照各相繞組的分布規(guī)律分類——徑向分相(垂軸式)、軸向分相(順軸式)第6頁/共30頁三段式（三定子）軸向分相步進(jìn)電機(jī)

第7頁/共30頁3、工作原理三相步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍三相單雙六拍三相雙三拍等。1）三相單三拍（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y型（2）三相繞組中的通電順序?yàn)椋篈相

B相

C相第8頁/共30頁（3）工作過程A相通電，A方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動(dòng)A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊。第9頁/共30頁

這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個(gè)循環(huán)周期共包括三個(gè)脈沖，所以稱三相單三拍。（4）三相單三拍的特點(diǎn)：每來一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30。此角稱為步距角，用S表示。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。正轉(zhuǎn)：A相

B相

C相

反轉(zhuǎn)：

A相C相B相

第10頁/共30頁2）三相單雙六拍三相繞組的通電順序?yàn)椋?/p>

AABBBCCCAA

共六拍。工作過程：CA'BB'C'A3412A相通電轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A3412A、B相同時(shí)通電（1）BB'

磁場對2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。（2）AA'

磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°。CA'BB'C'A3412B相通電轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15?？傊好總€(gè)循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為15。第11頁/共30頁3）三相雙三拍三相繞組的通電順序?yàn)椋?/p>

AB

BC

CA

AB

共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電CA通電CA'BB'C'A3412

工作方式為三相雙三拍時(shí)，每通入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30，即S=30。第12頁/共30頁4、小步距角的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3度和1.5度，步距角越小，機(jī)加工的精度越高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子40個(gè)齒，定子仍是6個(gè)磁極，但每個(gè)磁極上也有五個(gè)齒。轉(zhuǎn)子的齒距等于360/40=9

，齒寬、齒槽各4.5為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。第13頁/共30頁步進(jìn)電機(jī)展開結(jié)構(gòu)第14頁/共30頁工作原理：假設(shè)是單三拍通電工作方式。（1）A相通電時(shí)，定子A相的五個(gè)小齒和轉(zhuǎn)子對齊。此時(shí)，

B相和A相空間差120，含

120/9=齒

A相和C相差240，含

240/9=個(gè)齒。

所以，A相的轉(zhuǎn)子、定子的五個(gè)小齒對齊時(shí)，B相、C相不能對齊，B相的轉(zhuǎn)子、定子相差1/3個(gè)齒（3），C相的轉(zhuǎn)子、定子相差2/3個(gè)齒（6）。第15頁/共30頁若工作方式改為三相六拍，則每通一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)1.5。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向仍由相序決定。同理，C相通電再轉(zhuǎn)3……（2）A相斷電、B相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3個(gè)齒（3），使B相轉(zhuǎn)子、定子對齊。第16頁/共30頁步進(jìn)機(jī)通過一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。（1）步距角5、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)參數(shù)：式中：m

－定子相數(shù)

Z

－轉(zhuǎn)子齒數(shù)

C

－通電方式

C=1

單相輪流通電、雙相輪流通電方式

C=2

單、雙相輪流通電方式第17頁/共30頁常用步進(jìn)電機(jī)的步距角常用步進(jìn)電機(jī)的定子繞組多數(shù)是三相和五相,與此相匹配的轉(zhuǎn)子齒數(shù)分別為40齒和48齒，即有三相步進(jìn)電機(jī)：五相步進(jìn)電機(jī)：第18頁/共30頁

（2）

轉(zhuǎn)速(r/min)第19頁/共30頁?

控制輸入給步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)目可以控制步進(jìn)電機(jī)的角位移結(jié)論?

控制輸入給步進(jìn)電機(jī)的脈沖的頻率可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?

控制步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電順序可以控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向

第20頁/共30頁三、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器第21頁/共30頁第22頁/共30頁第23頁/共30頁第24頁/共30頁第25頁/共30頁步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器的連接與設(shè)置第26