第五章步进电机

A
B
C
1) 如果这个过程连续下来，步进电机的转子将会如何呢?
2) 如果这个过程中，从一种通电状态转换为另一种通电状态 的时间间隔很短，步进电机的转子又将如何呢?
3) 如果要步进电机的转子逆时针转动又应如何改变通电状态 呢?
精品课件
7
齿距角： z2/Z36 /Z 0
N拍可使转子转动一个 齿距位置
一拍一次步进
第五章 步进电机控制
• 步进电机的结构 • 步进电机的工作原理 • 步进电机的工作方式 • 步进电机的控制要点 • 步进电机控制系统 • 步进电机升降速控制
精品课件
1
步进电机是工业生产过程控制，数字程序控制(数控机床) 计算机外部设备，控制仪表等常用的控制部件。
应用: 1. 工业生产过程控制:执行元件(增量PID)。 2. 数字程序控制:各座标方向的驱动电机(数控车床、数控铣
• 转子圆周上均匀分布40个小齿，相邻小齿的中心线的夹角 亦为9度。
精品课件
4
§2 步进电机的工作原理
问题:
1. 步进电机是如何转起来的？
2. 步进电机为什么称之为步进电机？
3. 何谓步距角？步距角大小与什么有关？
以S-BJ3为例来说明以上一些问题
初始状态：A相激磁绕组通电，而B相激磁绕组、C相激磁绕组 不通电。在A相激磁绕组在A一A’极靴上形成N一S 极，在这个磁场的作用下转子的小齿就会与A相磁 极上的小齿一一对齐。
走一步：当由仅A相激磁绕组通电转换为仅B相激磁绕组通电 时，在B-B’极靴上形成了N-S极，在这个磁场作用 下，转子小齿要与B相定子小齿对齐，这时步进电 转子就顺时针转了3度，我们称转过的3度为步进电 机走了一步，这一步转的角度称为步距角，即步距 角为3度。
再走一步：由仅B相激磁绕组通电转换为仅C相激磁绕组通
床、数控加工中心、数字绘图仪等)。 3. 计算机外部设备:磁盘驱动器寻道电机，打印机打印头驱
动电机。
分类: • 按运动方式分:(1)旋转式 。(2)直线式。 • 按定子磁极对数分:3、4、5、6相步进电机。
特点:快速启停, 精确定位、低速输出转矩大、易于控制。
精品课件
2
§1 步进电机的结构
3相旋转式步进电机的结构(S一BJ3的结构)
软件产生脉冲信号:先输出高电平，然后延时。再输出低 电平，然后延时。以上过程循环，脉冲频率由步进电机 的工作频率决定。
例:PULSE1:MOV R3，#N
PUSH A
LOOP0: MOV P1，#0FFH
ACALL DELAY1
MOV P1，#00H
ACALL DELAY1
DJNZ R3，LOOP0
电，步进电机的转子又顺时针转过3度。
精品课件
6
再走一步：由仅C相激磁绕组通电转换为仅A相激磁绕组通电， 步进电机的转子又顺时针转过了3度。
从仅A相激磁绕组通电转换为仅B相激磁绕组通电，又从
仅B相激磁绕组通电转换为仅C相激磁绕组通电，又从仅C相
激磁绕组通电转换为仅A相激磁绕组通电，这个改变通电状
态的过程记为:
1. 传统步进电机控制系统（硬件环形分配器控制）
转子轴
变频信号源 环形分配器 功率放大器 步进电机
负载
方向
2. 典型微机控制步进电机系统
CPU 并行接口 功放
转子轴
步进电机
负载
精品课件
12
8031
+27V
1K
A
B
C
1K 15Ω
1K 15Ω
15Ω
图-A 单片机步进电机控制系统
精品课件
13
脉冲信号的形成:
POP A
RET
精品课件
DELAY1:MOV A，#data 1T
LOOP; DEC A
1T
JNZ LOOP
2T
RET
2T
延时时间:
ts=[3+(2+1)*data]*T
T:机器周期
14
单片微机控制步进电机系统原理图
单
并驱
片
行动 接电
机
口路
步 进 转子轴带 电 动负载转动 机
单片机控制三相步进电机系统原理框图
精品课件
15
§6 步进电机升降速控制
为什么要对步进电机实施升降速的控制呢？
这是因为在应用步进电机作为其各个坐标方向的驱动电 机的数控系统或其它系统中，当需要在某个坐标方向上运行较长 距离时，例如数控机床在退刀、换刀时，为了提高工作效率总是 希望步进电机以尽可能快的速度运转，但由于机械的惯性和电的 惯性，步进电机不可能从静止不失步地立即以较高的速度运转， 停止时亦不能从很高的速度不超步（滑步）的嘎然而止。（一般 步进电机在轴上带有负载时，不失步的启动频率为每秒几十步~ 几百步，不超步的嘎然而止的频率亦为每秒几十步~ 几百步）。 由于以上的原因，所以在启动时应逐渐地升速达到一个较高的速 度，然后以这个较高的速度恒速运行较长的距离，在停止前逐渐 降速，从而以低速不超步地停止。
双相三拍:
AB
BC
CA
精品课件
9
单双相交叉六拍: A AB B BC C CA
问题：
以S-BJ3为例 三种工作方式下的步距角分别为多少度呢?
z/N36 /N 0 Z
精品课件
10
Hale Waihona Puke Baidu
§4 步进电机的控制要点
1. 控制步进电机，就是要按一定的工作方式按一定的顺 序改变通电状态（步距角，方向，转子轴上的输出转 矩）。
2. 控制步进电机的转速，就是控制两个相邻通电状态之 间的时间间隔。
3. 要步进电机走多少步，就是要改变多少次通电状态。
4. 不改变通电状态，步进电机就处于静止状态，此时功 耗也最大，输出转矩也最大。
掌握以上几点，对于如何实现对步进电机的控制是至关
重要的
精品课件
11
§5 步进电机控制系统
（以3相步进电机为例）
步距角： z/N36 /N 0 Z
n60f /Z
精品课件
8
§3 步进电机的工作方式
3、4、5、6相步进电机均可工作在以下三种工作方式下:
(1)单相通电 (2)双相通电 (3)单双相交叉通电
*工作方式与步距角、转子轴上的输出转矩有关。
3相步进电机的三种工作方式下定子绕组的通电顺序:
单相单三拍:
A
B
C
• 由定子、转子两大部分 构成(均为铁磁材料)。
• 定子上有激磁绕组(线圈)
• 定子上有3对磁极A一 A’，B一B’，C一C’， 它们各自的激磁绕组分 别称为A相绕组、B相绕 组、C相绕组
精品课件
3
• 定子突出的部分称为极靴，A、B、C极靴中心线的夹角为 120度，每个极靴上铣有5个小齿，每个相邻的小齿的中心 线的夹角为9度。
那么B相定子的小齿是否能与转子的小齿对齐呢?
那么C相定子的小齿是否能与转子的小齿对齐呢? 回答是否定的
精品课件
5
以与A相A极靴上中心齿对齐的转子小齿为0号齿，那么顺 时针方向转子的13号小齿的中心线与B相B极靴的中心线即B极 靴中心小齿的中心线相差3度，C相C极靴的中心线即C极靴中 心小齿的中心线与转子的26号小齿的中心线相差6度。