第3章步进电机传动控制new

VW通电
通电方式——三相双三拍U1 V Nhomakorabea W2W1 U2
V1
工作方式为三相双三拍 时，每通入一个电脉冲 ， 转 子 也 是 转 30 ， 即 步距角 = 30。
WU通电
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三 相单三拍稳定，因此较常采用。
小步距角的步进电动机
定子上有三对磁极，分别绕有三相绕组，当U相的定子齿与转子对 齐时，V相的定子齿与转子齿顺时针方向错开1/3齿距，而W相磁极下定
硬件环形分配器：硬件环形分配器由门电路和双稳态触发器组成 的逻辑电路构成。有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优点。 （1）集成脉冲分配器 （2）EPROM在环形分配器中的应用
软件环分：受到微型计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实
时控制的要求。
集成脉冲分配器
R,R*——R是双三拍的复位端，R*是六拍的复位端 J3r、J3L两端子是三相双三拍的控制端，J6r、J6L是三相六拍的控制端，三相双三拍 工作时，若J3r＝“1”，而J3L＝“0”，则电机正转；若J3r＝“0”，J3L＝“1”，则电 机反转；三相六拍供电时，若J6r＝“1”，J6L＝“0”，则电机正转；若J6r＝“0”， J6L＝“1”，电机反转。CL端是时钟脉冲输入端，EN是时钟脉冲允许端，用以控
U1 V2
1 4 2 3
U2
W2
W1
V1
步进电动机以一种通电状态换到另一种通电状态就叫做一”拍”。
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且， 一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。
三相单三拍的特点： （1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步距角。 （2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通 电顺序即可改变转向。
由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫 使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向 力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错 齿是助使步进电机旋转的根本原因。
（a）
（b）
通电方式——单相轮流通电方式
三相绕组中的通电顺序为：
U相 V 相 W 相
子与转子齿顺时针方向错开2/3齿距。
当定子各相绕组轮流通电一次，转子就转过一个齿距。
定子上有m相，齿距为，，当某一相磁极 下定子与转子的齿对齐时，下一相磁极下 定子齿与转子齿顺时针方向错开 /m，而 再下一相磁极下定子与转子齿顺时针方向 错开2 /3。
为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和 齿槽和转子相同。
从定子或转子的导磁体来看，它如反应式，与反应式的主要区别是转 子上置有磁钢，输入能量全靠定子励磁电流供给，静电电流比永磁式 大许多；从它的磁路内含有永久磁钢这点看，又可以说它是永磁式， 但因其结构的不同，使其作用原理以及性能方面，都与永磁式步进电 动机有明显的区别，它好像是反应式和永磁式的结合。
步进电机的分类
功放电路 功放电路
方向信号
三 相 步 进 电 机
负载
分配器电源
放大器电源
步进电动机驱动系统框图
步进电动机的结构
步进机主要由两部分构成：定子和转子。定子由硅钢片叠成，装上
一定相数的控制绕组；转子用硅钢片叠成或软磁性材料做成凸极结构。 定子绕组 定子
转子
三相反应式步进电动机的结构简图
步进电动机的结构
软件环分
存储器各单元中存放对应绕组通电的顺序数值。当运行程序时，依 次将环形分配表中的数据，也就是对应存储器单元的内容送到A口， 使依次送出脉冲信号，从而使电动机绕组轮流通电。
表3.6 环形分配表 存储元件地址 K＋0 K＋1 K＋2 K＋3 K＋4 K＋5 单元内容 01H（0001） 03H（0011） 02H（0010） 06H（0110） 04H（0100） 05H（0101） 对应通电相 U UV V VW W WU
W 相差240，含240/ 9 =
个齿。所
以， U相定子的五个小齿与转子对齐时，
V 相、W 相不能对齐， V相的转子、
定子相差 1/3个齿（3）， W相的转子、定子相差2/3个齿（6）。
小步距角的步进电动机
（2）U 相断电、V 相通电后，转子只需转过1/3个齿（3） ，使 V 相定子与转子对齐。
360 40 3 3
如：z=40 , 三相单三拍或三相双三拍 时 b 如：z=40 , 三相六拍 时
b
360 40 2 3
1 .5
步进电机的转速(r/min)
n
2
b f
f 60
60 Kmz 2 2
60 Kmz
f
f：电脉冲的频率
步进电机的分类
W1
U2
V1
同理，V相通电，转子2、4齿和V相轴线对齐，相 对U相通电位置转30；W相通电再转30。
U相 V 相
U相 V 相 W 相 U 相
U1 U1 V2 V2
W2
4 3 1 2
U2
W2
1 4 2 3
U2
W1
V1
W1
V1
U 相通电使转子2、4齿和 U相对齐。
U相 V 相 W 相 U 相 V 相
1. 脉冲分配器 当方向电平为低时，脉冲分配 器的输出按A-B-C的顺序循环产生 脉冲。 当方向电平为高时，脉冲分配 器的输出按A-C-B的顺序循环产生 脉冲。
f A B C
2.功率放大器
f A C B
将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电动机的定子绕组供电，使电动
机的转子产生输出转矩。
3.2.2 步进电机的环形分配器
2. 按输出转矩的大小分类

快速步进电动机 电动机的输出转矩一般为0.07～4Nm，可以控制小型精密机床 的工作台，例如线切割机床。

功率步进电动机 电动机的输出转矩一般为5～40Nm，可直接驱动机床的移动部件。
此外，按励磁相数可分为三相、四相、五相、六相、等等。 相数越多，步距角越小，但结构越复杂。 按运动方式分为旋转运动、直线运动、平面运动等。 按定子排列还可分为径向式（单段式）和轴向式（多段式）， 轴向式的转动惯量小，快速性和稳定性好，功率步进电动机多为 轴向式，
1. 按工作原理分类

激磁式（电磁式） 步进电动机的定子和转子均有绕组，靠电磁力矩使转子转动。 反应式（磁阻式） 转子无绕组，定子绕组励磁后产生反应力矩，使转子转动。


永磁式
转子和定子的某一方具有永久磁钢，另一方由软磁材料制成。绕组轮 流通电，建立的磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。

混合式（永磁感应式）
U相通电，U 方向的磁通经转子
U1
形成闭合回路。若转子和磁场轴 线方向原有一定角度，则在磁场
W2
V2
1
4
W1
2
3
U2 V1
的作用下，转子被磁化，吸引转
子，使转子的位置力图使通电相磁 路的磁阻最小，使转、定子的齿对 齐停止转动。
U 相通电使转子1、3齿和 U相对齐。
U1
U1
W2
V2
V2
W2
W1
V1 U2
U1 V2
W2
W1
V1
U2
U相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相
U1 V2 W2
W1 U2
V1
U相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相
U1
IU
V2 定子 W2
转子
IW W1 U2
IV
V1
三 相 反 应 式 步 进 电 动 机
定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。 注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进机通的是 直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。
步进电动机的工作原理
给U相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。
U1 V2 W2
W1 U2
V1
U相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相 V相W相
U1 V2 W2
W1
V1
U2
U相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相
U1 V2
2 1 3 4
U2
W2
W1
V1
U相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相 V 相
U1 V2
W2
W1
V1 U2
U相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相
U1 V2 W2
W1 U2
V1
U相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相
U1
V2
3 2 4 1
U2
W2
W1
V1
U相 V 相 W 相 U 相 V 相 W 相 U 相 V相
通电方式——三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为：
UUVVVWWWUU 共六拍。 工作过程：
U1
V2
1
W2
4
W1
2
3
U2 V1
U相通电，转子1、3齿和U相对齐。
U相通电
U1 V2
U、V相同时通电
U1
W2
1 4 2 3
U2
V2
W2
W1
V1
W1 U2
V1
（1）V1V2 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使转子顺时 针方向转动。 （ 2）U1U2 磁场继续对1、3齿有拉力。 所以转子转到两磁拉力平衡的位置上(UV两定子磁极对称的 中心)。相对U1U2 通电，转子转了15°。