电机传动与控制第五章控制电机
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制系统。 ❖ 2、 对控制电机的一般要求：
动作灵敏、响应快、控制精度高、稳定性好。
电机传动与控制第五章控制电机
5.1步进电机传动控制系统
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角 位移或直线位移的机电执行元件，每当输入一个 电脉冲时，它便转过一个固定的角度，这个角度 称为步距角β，简称为步距。每输入一个脉冲电 动机便转动一步，步进电动机便因之而命名。
❖ 转子与相之间错开的 角度增量为t/m
电机传动与控制第五章控制电机
反应式步进电动机工作原理
定子绕组按一定的规律通电；转子铁心在磁场作 用下每次转过一定的角度。
接线与结构
A相绕组通电
B相绕组通电
C相绕组通电
实际步进电动机的步距角通常较小，这就要求转子的齿数多。
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 5.1.2步进电机的步距角、和拍的定义
动。这是步进电动机发展的主要类型，有较好的技术性 能指标。 ❖ 3）混合式（即永磁感应子式） ❖ 它与反应式的主要区别是转子上置有磁钢。反应式电机 转子无磁钢，输入能量全靠定子励磁电流供给，静态电 流比永磁式大许多。永磁感应子式电机具有驱动电流小、 效率高、过载能力强和具有零电流力矩等优点，是一种 很有发展前途的步进电动机。 ❖ 还有其它的分类方法（自学）
L上，当经过t2时间，关断VT2，用低压12V维 持。在下一步开始前，把VT1关断。
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 引起步进电机失步的原因： ❖ 1、步进电机的力矩不够（负载力矩大于步
进电机的最大静力矩）； ❖ 2、加减速过快（动态力矩不够）； ❖ 即给定角加速度>ε=（TM-TL）/J
❖ 1、拍——定子由一种通电状态转换到另一种通电状 态（即磁场状态每一次变化）称为一拍；
❖ 2、步距角β——步进电机每转一步（一拍）所转过 的角度。其大小取决于转子的齿数，和通电的方式。
❖ 步距角β =360o/(ZKm)
Z——转子齿数；
m——定子绕组相数；
K——状态系数（单m拍、双m拍时K=1，单、双m拍 时K=2）。 ❖ 3、步进电机的转速n=60f× β/2π 显然，齿数越多、相数越多，步距角越小，精度越高， 但转速越慢。 电机传动与控制第五章控制电机
❖ 当电动机不失步时，步进电动机的位移量与输入 脉冲数严格成比例，不会引起积累误差，其转速 与脉冲频率和步距角有关。控制输入脉冲数量、 频率及电动机各相绕组的接通次序，就可以得到 所需的位移、速度和转向。通过传动机构，带动 工作设备完成符合要求的动作。
电机传动与控制第五章控制电机
步进电机的分类 1、定位电磁铁原理的步进电机； 2、反应式步进电机（变磁阻式）； 3、永磁式步进电机； 4、混合式步进电机。
1、单电压限流型驱 动电路 为了克服静摩 擦力和惯性，加 大步进电机的加 速度，加快启动 过程，采用高低 压切换电路。利 用高电压产生大 力矩，利用低电 压维持静止，从 而减少发热。
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Βιβλιοθήκη Baidu
当晶体管VT导通瞬 间，由于电容C两端 电压不能突变，电容 相当于短路，加在电 阻R的电压很小，电 流很小，电压全部加 在绕组L上，电流快 速上升。随着电容充 电，加在绕组L的电 压降低电流减少。
电机传动与控制第五章控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 5.1.4 步进电动机的分类 ❖ 1．按步进电动机的工作原理分 ❖ 1）励磁式 ❖ 电机的定子转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动。 ❖ 2）反应式(变磁阻式） ❖ 转子无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转子转
第五章 控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
本章要求：
❖ 1、了解控制电机的分类； ❖ 2、了解交、直流伺服电机的工作原理及特点； ❖ 3、了解各种控制电机的用途； ❖ 4、了解控制电机与普通电机的区别； ❖ 5、了解轴角的检测方法。
电机传动与控制第五章控制电机
本章知识点：
❖ 1、步进电机的工作原理及驱动方式； ❖ 2、交流伺服电机的工作原理； ❖ 3、自转及消除自转的措施； ❖ 4、力矩电机大转矩低转速的机理； ❖ 5、控制系统的一般组成。
电机传动与控制第五章控制电机
5.1.1步进电机的结构与工作原理
❖ 当A相通电时，定子A 相的齿与转子上的齿 对齐(磁通具有力图沿 磁阻最小路径通过的 特点)，B相的齿与转 子上的齿错开1/3齿， C相的齿与转子上的齿 错开2/3齿。若按A、B、 C相轮流导通，每通电 一次转过1/3齿；若按 A、AB、B、BC、C、 CA的方式，则每通电 一次，转过1/6齿。
电机传动与控制第五章控制电机
电机的分类：
变压器（也属交流电机的一种，但它静止不动）
直流电机
直流发电机 直流电动机
电机
交流电机
同步电机 异步电机
同步发电机 同步电动机
异步发电机 异步电动机
控制电机 电机传动与控制第五章控制电机
控制电机的用途与要求：
❖ 1、 用途： 用于自动控制、自动调节、远程控制、伺服控
❖ 5.1.3提高步进电机分辨率的方法： ❖ 1、增加转子齿数Z（设计成小步距角的步进电
机）但齿太小，容易磁饱和，力矩变小； ❖ 2、增加定子绕组相数m（做成多相）； ❖ 3、做成多段式结构； ❖ 4、采用电流细分技术（通过单片机的D/A控制
步进电机定子相邻两相电流的比例实现）。但 要注意，细分主要是改善运动性能。
V为续流二极管，RD为 限流电阻防止关断瞬间 反电势过高，击穿晶体 管VT。电容C仅在启动 时起作用，称为加速电 容。时间常数τ=L/ （r+R)为了提高速度， 要加大R，但要保证维 持电流，必须同时提高 U。造成功耗大。I=U/ （r+R)
❖ 2、双电源高低压切换型驱动电路 ❖ 开始时VT1、VT2同时导通，80V直接加在绕组
电机传动与控制第五章控制电机
混合式步进电机有零电流力矩
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 5.1.5环形分配器的实现 ❖ 1、硬件环形分配器（随着单片机的出现已
很少使用）； ❖ 2、软件环形分配器（通过查表实现）
电机传动与控制第五章控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
5.1.6步进电机的驱动电路
动作灵敏、响应快、控制精度高、稳定性好。
电机传动与控制第五章控制电机
5.1步进电机传动控制系统
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角 位移或直线位移的机电执行元件，每当输入一个 电脉冲时，它便转过一个固定的角度，这个角度 称为步距角β，简称为步距。每输入一个脉冲电 动机便转动一步，步进电动机便因之而命名。
❖ 转子与相之间错开的 角度增量为t/m
电机传动与控制第五章控制电机
反应式步进电动机工作原理
定子绕组按一定的规律通电；转子铁心在磁场作 用下每次转过一定的角度。
接线与结构
A相绕组通电
B相绕组通电
C相绕组通电
实际步进电动机的步距角通常较小，这就要求转子的齿数多。
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 5.1.2步进电机的步距角、和拍的定义
动。这是步进电动机发展的主要类型，有较好的技术性 能指标。 ❖ 3）混合式（即永磁感应子式） ❖ 它与反应式的主要区别是转子上置有磁钢。反应式电机 转子无磁钢，输入能量全靠定子励磁电流供给，静态电 流比永磁式大许多。永磁感应子式电机具有驱动电流小、 效率高、过载能力强和具有零电流力矩等优点，是一种 很有发展前途的步进电动机。 ❖ 还有其它的分类方法（自学）
L上，当经过t2时间，关断VT2，用低压12V维 持。在下一步开始前，把VT1关断。
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 引起步进电机失步的原因： ❖ 1、步进电机的力矩不够（负载力矩大于步
进电机的最大静力矩）； ❖ 2、加减速过快（动态力矩不够）； ❖ 即给定角加速度>ε=（TM-TL）/J
❖ 1、拍——定子由一种通电状态转换到另一种通电状 态（即磁场状态每一次变化）称为一拍；
❖ 2、步距角β——步进电机每转一步（一拍）所转过 的角度。其大小取决于转子的齿数，和通电的方式。
❖ 步距角β =360o/(ZKm)
Z——转子齿数；
m——定子绕组相数；
K——状态系数（单m拍、双m拍时K=1，单、双m拍 时K=2）。 ❖ 3、步进电机的转速n=60f× β/2π 显然，齿数越多、相数越多，步距角越小，精度越高， 但转速越慢。 电机传动与控制第五章控制电机
❖ 当电动机不失步时，步进电动机的位移量与输入 脉冲数严格成比例，不会引起积累误差，其转速 与脉冲频率和步距角有关。控制输入脉冲数量、 频率及电动机各相绕组的接通次序，就可以得到 所需的位移、速度和转向。通过传动机构，带动 工作设备完成符合要求的动作。
电机传动与控制第五章控制电机
步进电机的分类 1、定位电磁铁原理的步进电机； 2、反应式步进电机（变磁阻式）； 3、永磁式步进电机； 4、混合式步进电机。
1、单电压限流型驱 动电路 为了克服静摩 擦力和惯性，加 大步进电机的加 速度，加快启动 过程，采用高低 压切换电路。利 用高电压产生大 力矩，利用低电 压维持静止，从 而减少发热。
电机传动与控制第五章控制电机
Βιβλιοθήκη Baidu
当晶体管VT导通瞬 间，由于电容C两端 电压不能突变，电容 相当于短路，加在电 阻R的电压很小，电 流很小，电压全部加 在绕组L上，电流快 速上升。随着电容充 电，加在绕组L的电 压降低电流减少。
电机传动与控制第五章控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 5.1.4 步进电动机的分类 ❖ 1．按步进电动机的工作原理分 ❖ 1）励磁式 ❖ 电机的定子转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动。 ❖ 2）反应式(变磁阻式） ❖ 转子无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转子转
第五章 控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
本章要求：
❖ 1、了解控制电机的分类； ❖ 2、了解交、直流伺服电机的工作原理及特点； ❖ 3、了解各种控制电机的用途； ❖ 4、了解控制电机与普通电机的区别； ❖ 5、了解轴角的检测方法。
电机传动与控制第五章控制电机
本章知识点：
❖ 1、步进电机的工作原理及驱动方式； ❖ 2、交流伺服电机的工作原理； ❖ 3、自转及消除自转的措施； ❖ 4、力矩电机大转矩低转速的机理； ❖ 5、控制系统的一般组成。
电机传动与控制第五章控制电机
5.1.1步进电机的结构与工作原理
❖ 当A相通电时，定子A 相的齿与转子上的齿 对齐(磁通具有力图沿 磁阻最小路径通过的 特点)，B相的齿与转 子上的齿错开1/3齿， C相的齿与转子上的齿 错开2/3齿。若按A、B、 C相轮流导通，每通电 一次转过1/3齿；若按 A、AB、B、BC、C、 CA的方式，则每通电 一次，转过1/6齿。
电机传动与控制第五章控制电机
电机的分类：
变压器（也属交流电机的一种，但它静止不动）
直流电机
直流发电机 直流电动机
电机
交流电机
同步电机 异步电机
同步发电机 同步电动机
异步发电机 异步电动机
控制电机 电机传动与控制第五章控制电机
控制电机的用途与要求：
❖ 1、 用途： 用于自动控制、自动调节、远程控制、伺服控
❖ 5.1.3提高步进电机分辨率的方法： ❖ 1、增加转子齿数Z（设计成小步距角的步进电
机）但齿太小，容易磁饱和，力矩变小； ❖ 2、增加定子绕组相数m（做成多相）； ❖ 3、做成多段式结构； ❖ 4、采用电流细分技术（通过单片机的D/A控制
步进电机定子相邻两相电流的比例实现）。但 要注意，细分主要是改善运动性能。
V为续流二极管，RD为 限流电阻防止关断瞬间 反电势过高，击穿晶体 管VT。电容C仅在启动 时起作用，称为加速电 容。时间常数τ=L/ （r+R)为了提高速度， 要加大R，但要保证维 持电流，必须同时提高 U。造成功耗大。I=U/ （r+R)
❖ 2、双电源高低压切换型驱动电路 ❖ 开始时VT1、VT2同时导通，80V直接加在绕组
电机传动与控制第五章控制电机
混合式步进电机有零电流力矩
电机传动与控制第五章控制电机
❖ 5.1.5环形分配器的实现 ❖ 1、硬件环形分配器（随着单片机的出现已
很少使用）； ❖ 2、软件环形分配器（通过查表实现）
电机传动与控制第五章控制电机
电机传动与控制第五章控制电机
5.1.6步进电机的驱动电路