項目八 任務(wù)4 認識控制電機之步進電動機

項目八：認識單相異步電動機和控制電機12認識控制電機之伺服電動機34認識單相異步電動機認識控制電機之測速發(fā)電機認識控制電機之步進電動機反應(yīng)式步進電動機因慣性小、反應(yīng)快和速度高而應(yīng)用最廣。應(yīng)用：步進電動機又稱脈沖電動機，是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的控制電機。作為執(zhí)行元件被廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。分類：旋轉(zhuǎn)型又分為反應(yīng)式（磁阻式）、永磁式、感應(yīng)式三種。每輸入一個脈沖，電動機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進一步。角位移或線位移正比于輸入脈沖信號的個數(shù)；轉(zhuǎn)速n正比于脈沖信號的頻率。特點：按運行方式可分為：旋轉(zhuǎn)型、直線型。靠電磁轉(zhuǎn)矩工作靠磁阻轉(zhuǎn)矩工作按勵磁相數(shù)可分為單相、兩相、三相和多相等形式。不過，反應(yīng)式步進電動機沒有單相和兩相的形式。任務(wù)4、認識控制電機之步進電動機

步進電動機的典型結(jié)構(gòu)U2U1W2W1V1V21.定子2.轉(zhuǎn)子3.氣隙一、三相反應(yīng)式步進電動機的基本結(jié)構(gòu)定子和轉(zhuǎn)子的鐵心均由硅鋼片疊制成凸極結(jié)構(gòu)。定子上均勻分布著六個磁極，磁極上繞有控制繞組，也叫勵磁繞組。兩個相對的磁極組成一相，三相繞組星形聯(lián)結(jié)。轉(zhuǎn)子鐵心上沒有繞組，具有多個均勻分布的齒，轉(zhuǎn)子齒寬等于定子極靴寬。1423U1U2V1V2W2W1轉(zhuǎn)子齒數(shù)為4的三相反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)示意圖定子磁極上套有星形連接的三相勵磁繞組，兩個相對的磁極組成一相。轉(zhuǎn)子上沒有繞組，具有4個均勻分布的齒，轉(zhuǎn)子齒寬等于定子極靴寬。一、三相反應(yīng)式步進電動機的基本結(jié)構(gòu)反應(yīng)步進電動機三相控制繞組的通電順序及頻率大小，通常由電子邏輯電路來實現(xiàn)。二、三相反應(yīng)式步進電動機的工作原理磁力線總是通過磁阻最小的路徑閉合，磁阻最小的路徑通常是變化的，因此磁力線常常會扭曲。在磁力線扭曲時會產(chǎn)生切向力，由切向力形成的磁阻轉(zhuǎn)矩，會帶動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。反應(yīng)式步進電動機旋轉(zhuǎn)的基本原理：

單三拍控制方式“拍”指定子繞組的一種通電狀態(tài)換到另一種通電狀態(tài)。每運行“一拍”轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。電脈沖信號是定子U、V、W三相繞組輪流通入的直流電流?！皢巍敝该看沃挥幸幌嗫刂评@組通電?！叭摹敝附?jīng)過三次切換控制繞組的電脈沖為一個循環(huán)。1423142314231423U1U2V1V2W2W11.三相單三拍運行同一時間段內(nèi)，只有一相控制繞組通電，通電順序為：U相→V相→W相→U相……哪相繞組通電，氣隙中就生成以哪相為軸線的磁場，吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個步距角。①U相通電1423U1U2V1V2W2W11423②

V相通電U1U2V1V2W2W1③W相通電14231423當U相通入電脈沖時，U1、U2成為電磁鐵的N、S極。由于磁路要沿著磁阻最小的路徑閉合，將使轉(zhuǎn)子齒1、3和定子極U1、U2對齊，即形成U1、U2軸線方向的磁通。U相通電結(jié)束，V相通入電脈沖，V1、V2成為N、S極，使轉(zhuǎn)子齒2、4和定子極V1、V2對齊，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過30°。同理，當W相通入電脈沖時，轉(zhuǎn)子又順時針轉(zhuǎn)過30°。一步兩步三步三相控制繞組通入電脈沖的順序為U→V→W→U……時，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)動，步距角為30°。當通電順序為U→W→V→U……時，轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動，步距角仍為30°。單拍運行方式在一相繞組斷電瞬間，另一繞組才開始通電，容易造成失步，并且由單一繞組吸引轉(zhuǎn)子，容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近來回擺動（振蕩），運行穩(wěn)定性差，實際上很少采用。電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向與繞組通電方向相同，轉(zhuǎn)速取決于電脈沖的頻率，頻率越高，轉(zhuǎn)速越高。1.三相單三拍運行1423142314231423U1U2V1V2W2W1①U相通電1423U1U2V1V2W2W11423②

V相通電U1U2V1V2W2W1③W相通電14231423一步兩步三步2.三相單－雙六拍運行通電順序：U→UV→V→VW→W→WU→U……1423U1U2V1V2W2W111423U1U2V1V2W2W121423U1U2V1V2W2W131423U1U2V1V2W2W141423U1U2V1V2W2W151423U1U2V1V2W2W161423步距角：θ=15°三相繞組經(jīng)6次電脈沖換接完成一個循環(huán)，故稱為六拍控制。六拍控制在電脈沖換接時總有一相繞組通電，工作比較穩(wěn)定。3.三相雙三拍運行通電順序：UV相→VW相→WU相→UV相……

1423U1U2V1V2W2W1①UV相通電14231423U1U2V1V2W2W1②VW相通電14231423U1U2V1V2W2W1③WU相通電142314231423雙三拍運行時，在電脈沖換接過程中總有一相繞組保持通電狀態(tài)，提高了運行的穩(wěn)定性。一步兩步三步雙三拍運行的原理和步距角（30°）與單三拍運行時相同。雙三拍運行的轉(zhuǎn)子位置，與六拍通電方式時兩相繞組同時通電時的情況相同。

步距角計算公式：θ=360°zN其中，z

為轉(zhuǎn)子齒數(shù)，N為步進電機運行拍數(shù)。

轉(zhuǎn)速：n=60fzN三、步距角與轉(zhuǎn)速的計算當運行拍數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時，步進電動機的轉(zhuǎn)速只取決于電脈沖的頻率，而與電源、負載、環(huán)境等因素無關(guān)。轉(zhuǎn)子齒數(shù)過少，會造成步距角太大，不能滿足精度要求。為減小步距角，通常要增加轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，并將定子磁極和轉(zhuǎn)子都加工成齒形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子齒沿轉(zhuǎn)子圓周均勻分布，齒與槽等寬。步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號時，就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，這個角度被稱為步距角。例題：三相步進電動機的轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=40，求步距角θ，并說明采用何種控制方式精度最高。②采用三相六拍方式時：θ=360°zN360°40×3==3°θ=360°zN360°40×6==1.5°①采用單/雙三拍方式時：結(jié)論：采用三相六拍控制方式，精度最高。因為步距角越小，精度越高，而六拍方式比三拍方式的步距角要小。三、步距角與轉(zhuǎn)速的計算四、步進電動機的驅(qū)動電源步進電動機應(yīng)配備專用驅(qū)動電源，由驅(qū)動電源和步進電動機組成一套伺服裝置來驅(qū)動負載工作。步進電動機的驅(qū)動電源主要包括變頻信號源、脈沖分配器和脈沖放大器三個部分。驅(qū)動電源步進電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、精確度高、調(diào)速范圍大，起動、制動、反轉(zhuǎn)靈敏等優(yōu)點，其轉(zhuǎn)速不受電壓和負載變化的影響，也不受環(huán)境條件溫度、壓力等的限制，僅與脈沖頻率成正比，而且無積累誤差。五、步進電動機的特點及應(yīng)用廣泛應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)，如數(shù)控機床、繪圖儀、自動記錄儀表、檢測儀表和數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置上。數(shù)控線切割機床十字拖板示意圖數(shù)控線切割機床是一種加工復(fù)雜形狀的金屬沖?；蛄慵臋C床。它由專門計算機控制，利用鉬絲與被加工工件之間電火花放電所產(chǎn)生的電蝕現(xiàn)象來進行加工。機床加工過程中，鉬絲的位置是固定的，工件固定在十字拖板上，如上圖所示，通過十字拖板的縱橫運動，完成對加工工件的切割。步進電動機在數(shù)控線切割機床上的應(yīng)用：數(shù)控線切割機床加工零件時，先根據(jù)圖紙上零件的形狀、尺寸和加工工序編制計算機程序，并將該程序