项目5 步进电机的应用2017.12

变频及伺服应用技术
拆开的步进电机内部结构
重庆工业职业技术学院 郭艳萍
变频及伺服应用技术
以三相步进电机为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极 。
定子绕组
转子
定子
步进电动机结构简图
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A
IA
定子
转子
IC
IB B
C
定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。
双六拍、三相双三拍等。 （1）三相单三拍 “三相”指定子绕组有3组；“单”指每次只能一相绕组通电； “三拍”指通电三次完成一个通电循环。
●三相绕组联接方式：Y 型 ●三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
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三相单三拍工作过程
当A相定子绕组通电，其余两相均不通电，电机内建立以定子A相极为轴线的磁场。 由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，使转子齿1、3的轴线与定子A相极轴线对齐， 如图所示。若A相定子绕组断电、B相定子绕组通电时，转子在反应转矩的作用下，顺 时针转过30°，使转子齿2、4的轴线与定子B相极轴线对齐，即转子走了一步，如图 （b）所示。若在断开B相，使C相定子绕组通电，转子顺时针方向又转过30°，使转子 齿1、3的轴线与定子C相极轴线对齐，如图（c）所示。如此按A→B→C→A的顺序轮流 通电，转子就会一步一步地按顺时针方向转动。
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步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控 制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只 取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响， 即给电机加一个脉冲信号，电机则就前进一步，所以叫做 步进电机。
脉冲数越多电机转动的角度越大。 脉冲的频率越高电机的转速越快，但不能超过最高频率，
反转：
A相B相C相
A 相 C 相 B 相
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以上三种工作方式，
（2） 三相双三拍
三相双三拍和三相单双 六拍较三相单三拍稳定，
“双”是指每次有两相绕组通电，每通入一个电脉因冲此较，常转采子用也。是转
30°，即步距角为30°。
正转：AB→BC→CA→AB；
2019/5/15
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任务5.1
步进电机的正反转控制
任务导入
现有一台三相步进电机，步距角是1.5°，假设步进电机的运行速度 为3 000Hz，旋转一周需要5 000个脉冲，电机的额定电流是2.1A。控制 要求如下。
（1）利用PLC控制步进电机顺时针转2周，停5s，逆时针转1周，停2s， 如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止。
3.步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进 电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行 平稳、控制性能好、整机成本低。
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1．步进电机的工作原理 三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单
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项目5 步进电机的应用
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教学内容
任务5.1 步进电机的正反转控制 任务5.2 剪切机的定长控制
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学习目标
1．了解步进电机的工作原理。 2．掌握步进驱动器的端子功能。 3．学会设置步进驱动器的工作电流（动态电流）、 细分精度和静态电流。 4．掌握PLC控制步进电机的硬件接线图。 5．学会用三菱的高速脉冲输出指令编写步进电机 的控制程序。
（2）按下脱机开关，电机的轴松开。
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一、步进电机
相关知识
最早的步进电 机是1920年代 由英国人研发。
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。
步进电机的转动方向仍由相序决定。
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2. 步进电机的结构
步进电机的外形如图5-2（a）所示，步进电机由转子（转子铁心、永磁体 、转轴、滚珠轴承），定子（绕组、定子铁心），前后端盖等组成，如图 5-2（c）所示。
图5-2 步进电机的结构示意图 重庆工业职业技术学院 郭艳萍
反转：AC→CB→BA→AC。
双拍运行与单拍运行时步距角相同，也是30°，产生的转矩一般会增加。
（3） 三相单双六拍
即一相通电接着二相通电间隔地轮流进行，完成一个循环需要经过6次改变
通电状态，其步距角为15°。 正转：A→AB→B→BC→C→CA→A； 反转：A→AC→C→CB→B→BA→A。
如何使步进电动机反转？
否则电机的力矩会迅速减小，电机不转。
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步进电机应用领域
1.广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器 及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公 自动化、机器人等领域。
2.步进电机主要用于一些有定位要求的场合。
线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。 基本上涉及到定位的场合都用得到。特别适合要求运行平稳、低噪音、 响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。
注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进 电机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区 别。
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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：
●每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步
距角，用表示。
●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电机转向。
正转：
德国百格拉公司于1973年发明了五相混 合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更加优越的三相 混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占 统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。
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变频及伺服应用技术 步进电机的外形
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