项目6 步进电动机教学课件电机与驱动技术电子教案.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,项目6 步进电动机教学课件电机与驱动技术 电子教案,掌握步进电动机的原理和结构,1,掌握步进电动机的主要参数,2,学习目标,了解反应式步进电动机的特性,3,了解,MC542,步进驱动器,4,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.1,反应式步进电动机原理与结构,步进电动机,是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，每输入一个电脉冲，电机就会旋转一定的角度，常作为数字控制系统中的执行元件厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,三相单三拍,步进电动机的控制方式,(,三相单三拍,),(a)A,相通电,(b)B,相通电,(c)C,相通电,三相绕组中的通电顺序为：,A,相,B,相,C,相,6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.1,反应式步进电动机原理与运行方式,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,基本概念：,“三相”,指定子绕组有,3,组；,“单”,指每次只能一相绕组通电；,“双”,指每次只能两相绕组通电；,“三拍”,指通电三次完成一个通电循环三相反应式步进电动机,三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍。

6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.1,反应式步进电动机原理与运行方式,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,三相双三,拍,三相绕组中的通电顺序为：,A B,相,BC,相,A,C,相,步进电动机的控制方式,(,三相单双拍,),(a)AB,相通电,(b)BC,相通电,(c)AC,相通电,6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.1,反应式步进电动机原理与运行方式,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,(a)A,相通电,(b)AB,相通电,(c)B,相通电,(d)BC,相通电,(e)C,相通电,(f)CA,相通电,三相,单双六拍,步进电动机的通电方式,(,三相六拍,),6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.1,反应式步进电动机原理与运行方式,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,(a)A,相通电,(b)AB,相通电,(c)B,相通电,(d)BC,相通电,(e)C,相通电,(f)CA,相通电,三相,单双六拍,步进电动机的通电方式,(,三相六拍,),6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.1,反应式步进电动机原理与运行方式,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,步进电机由,定子,（绕组、,定子铁芯），,转子,（,转子铁芯、,永磁体、转轴、滚珠轴承），前后端盖等组成。

步进电机的结构示意图,6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.2,反应式步进电动机,结构,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,定子绕组,定子每极上套有一个集中绕组，相对两极的绕组串联构成一相步进电动机可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等定子铁芯,定子铁芯为,凸极结构，由硅钢片迭压而成在面向气隙的,定子铁芯表面,有齿距相等的小齿步进电机定子包括,绕组,和,定子铁芯,组成,步进电机,定子,结构示意图,为了减小步距角，实际的步进电机通常在定子凸极和转子上开很多小齿，这样就可以大大减小步距角，提高步进电机的控制精度6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.2,反应式步进电动机,结构,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,转子,步进电机的转子上只有齿槽没有绕组，系统工作要求不同，转子齿数也不同转子的外圈由,50,个小齿构成，转子,1,和转子,2,的小齿于构造上互相错开,1/2,螺距由此转子形成了,100,个小齿步进电机,转子,结构示意图,6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.2,反应式步进电动机,结构,6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.3,反应式步进电动机,的基本特点,一、控制脉冲频率,f,步进电动机的不能使用普通电源供电，必须采用专用电源提供电脉冲，在运行时按一定规律对它各相绕组轮流的通电，才能一步步的转动。

厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为,步距角,，用符号,b,表示式中：,N,为运行拍数，,N=Km,；,K,为通电系数，当前后通电相数一致时，,K=1,，否则，,K=2,；,m,为相数,6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.3,反应式步进电动机,的基本特点,二、步距角,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,步进电机的转速取决于各相定子绕组通入电脉冲的频率，其速度为：,N,为运行拍数,；,f,为控制脉冲的频率，即每秒输入的脉冲数,；,Z,R,为转子齿数式中：,三、转速,6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.3,反应式步进电动机,的基本特点,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一比如，当人们说,2Nm,的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为,2Nm,的步进电机四、步进电机,的保持转矩,6.1,反应式步进电动机原理与结构,6.1.3,反应式步进电动机,的基本特点,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,步进电动机的静态特性是指当某些定子绕组仍通以恒定不变的电流时，转子将固定于某一位置保持，称为静止状态。

在静止状态时电磁转矩,T,与失调角,e,之间的函数关系即矩角特性,电角度来表示齿距角,te,如果将步进电动机的齿数看成转子的极对数，一个齿距就对应,360,电角度，用弧度表示为,2,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.1,反应式步进电动机,的静态特性,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.1,反应式步进电动机,的静态特性,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.1,反应式步进电动机,的静态特性,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.1,反应式步进电动机,的静态特性,一、单相通电时的矩角特性,步进电动机在静止状态下，当处于空载条件，转子不受负载转矩影响处于稳定平衡点，如果转子上带有一定负载，则转子将偏离稳定平衡点一个角度，使得在这个角度下的电磁转矩与负载转矩相平衡，这个角度称为失调角,e,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.1,反应式步进电动机,的静态特性,在单相通电时矩角特性为,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.1,反应式步进电动机,的静态特性,二、多相通电时的矩角特性,对于步进电动机多相通电时的矩角特性比单相时的情况要复杂一些。

按照叠加原理，多相通电时的矩角特性近似地可以由每相各自通电时的矩角特性叠加起来求得厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.1,反应式步进电动机,的静态特性,二、多相通电时的,矩角特性,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.2,反应式步进电动机动态特性,一、运行矩频特性,步进电动机作单步运行时的最大允许负载转矩为,T,q,，也就是相邻两条矩角特性交点步进电动机的转速随控制脉冲频率,f,逐步增加而增加，其所能带动的负载转矩,T,逐步下降，,T,与,f,的关系曲线称为步进电动机的运行转矩特性,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.2,反应式步进电动机动态特性,二、最高连续运行频率,步进电动机在一定负载条件下，正常连续运行、不失步、不丢步，所能加到的最高频率称为高连续运行频率高连续运行频率是步进电动机重要的技术指标厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.2,反应式步进电动机的特点,6.2.2,反应式步进电动机动态特性,三、启动频率,fst,和启动矩频特性,启动频率是指步进电动机在正常启动时所能加的最高频率，体现了步进电动机的加速性。

在启动频率要远小于连续运行时的频率，电机在启动的时候不但要克服负载转矩，还要克服部分惯性转矩，所以启动时的负荷比连续运行时重厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.3,步进电动机驱动装置,6.3.1,步进电动机驱动装置结构与原理,一、环形分配器,环形分配器是一个数字逻辑单元，它接收来自控制器发送的控制脉冲和方向信号，把控制脉冲按一定的逻辑关系分配到每一相功率放大器上，使步进电机按设定的运行方式进行工作由于步进电动机各相绕组是按一定的通电顺序并不断循环来实现转动的，所以称为环形分配器，又称为脉冲分配器二、功率放大器,因为从环形分配器能够输出的为信号，电流很小，而步进电机工作时需要的电流较大，因此需要进行功率放大此外，输出的脉冲波形、幅度、波形前沿陡度等因素对步进电机运行性能有重要的影响厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.3,步进电动机驱动装置,6.3.1,步进电动机驱动装置结构与原理,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.3,步进电动机驱动装置,6.3.2,步进电动机步距角细分技术,步进电动机驱动线路，如果按照环形分配器决定的分配方式，控制电动机各相绕组的导通或截止，则步距角只有二种，已由电机结构所确定。

如果要求步进电机有更小的步距角或者为了减小电动机振动、噪声等，可以使用步距角细分技术步距角细分的原理是可以在每次输入脉冲切换时，只改变相应绕组中额定的一部分，则电机的合成磁势也只旋转步距角的一部分，转子的每步运行也只有步距角的一部分厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.3,步进电动机驱动装置,6.3.2,步进电动机步距角细分技术,厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.3,步进电动机驱动装置,6.3.3 MC542,步进驱动器,步进电动机驱动器种类繁多，但是操作和调试方法比较接近，本教材用,MC542,步进驱动器为例进行讲解此驱动器适用于各种自动化设备与仪器，如包装机械、打印机、绘图仪等厚德,|,博学,|,笃行,|,乐业,6.3,步进电动机驱动装置,6.3.3 MC542,步进驱动器,一、驱动器功能说明,驱动器功能,操作说明,微步细分数设定,由,SW5-SW8,四个拨码开关来设定驱动器微步细分数，其共有,15,档微步细分用户设定细分时，应先停止驱动器运行具体微步细分数的设定，请按驱动器面板说明输出电流设定,由,SW1-SW3,三个拨码开关来设定驱动器输出电流，其输出电流共有,8,种具体输出电流的设定，请参照驱动器面板说明。

自动半流功能,用户可通过,SW4,来设定驱动器的自动半流功能OFF,表示静态电流设为动态电流的一半，,ON,表示静态电流和动态电流相同一般用途中应将,SW4,设成,OFF,，使得电动机和驱动器的发热减少，可靠性提高脉冲串停止后约,0.3,秒左右电流自动减,50%,（实际值,55%,），发热量理论上减少,65%,信号接口,PUL+,和,PUL-,为控制脉冲信号正端和负端；,DIR+,和,DIR-,为方向信号正端和负端；,ENA+,和,ENA-,为使能信号的正端和负端电机接口,A+,和,A-,接步进电动机,A,相绕组的正负端；,B+,和,B-,接步进电动机,B,相绕组的正负端当,A,、,B,两相绕组调换时，可使电动机方向反向指示灯,驱动器有红绿两个指示灯其中绿灯为电源指示灯，当驱动器上电后绿灯常亮；红灯为故障指示灯，当出现过压、过流故障时，故障灯常亮故障清楚后，红灯灭当驱动器出现故障时，只有重新上电和重新使能才能清楚故障电源接口,采用直流电电源供电，工作输入电压范围：,2450VDC,，电源功率大于,100W,安装说明,驱动器外形尺寸为：,1177834mm,，安装孔距为,111mm,既可以卧式也可以立式安装（建议采用立式安装）。

安装时，应使其紧贴在金属机柜上以利于散热厚德,|,博学,|,笃行。