步进电机及其控制系统

按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通 电。每拍有两相绕组同时通电。
A
B'
A C' B
B'
A C' B
B'
C'
C
A'
C
A'
C
A'
B
AB通电
BC通电
CA通电
与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循 环周期也分为三拍。每拍转子转过30 (步距角)， 一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。
步进电动机的输出转矩与脉冲频率的函数关系称为矩频特性。
13.4 步进电动机的驱动电源
一、驱动电源的组成
步进脉冲
f
A 脉 冲 分 配 器
功率放大器
功放电路
B
C 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 功率电 源
脉冲分配器+功率放大电路
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。
13.1
步进电动机结构与工作原理
A
B'
A C' B
B'
C' B
A'
C
A'
C
百度文库
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子
再转过30角，1、3齿和C´、C 磁极轴线对齐。
13.1
步进电动机结构与工作原理
这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为 一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲， 所以称为三相单三拍工作方式。
13.1
步进电动机结构与工作原理
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元 件。 角位移 输入脉冲个数 运行速度 步进电动机的分类： 工作原理 反应式 永磁式 混合式 输出转 矩大小 快速步进电机 功率步进电机 输入脉冲频率
励磁相数
二、三、四、五、六、八相等
13.1
步进电动机结构与工作原理
C'
2
C
3
A'
A相通电，转子1、 3齿与A、A' 对齐。
B
A
B'
C' B
A'
C
A、B相同时通电， A、A' 磁极拉住1、3齿， B、B' 磁极拉住2、4齿， 转子转过15，到达左图 所示位置。
A
B'
C'
B
A'
C
B 相通电，转子2、 4齿与B、B´ 对齐,又转
过15。
A
B'
C' B
A'
C
B、C相同时通电， C' 、C 磁极拉住1、3 齿，B、B' 磁极拉住 2、4齿，转子再转过 15。
2 f f 60 KmZ n 60 60 f 2 2 KmZ
13.3
步进电动机的主要性能指标
1. 步距角
2. 最大工作频率：在转子不失步的情况下，电动机连续工作时， 输入脉冲信号的最大频率。 3. 最大突跳频率：在转子不失步的情况下，电动机能增加和减 小的最大频率。 4. 步距差：理想的步矩角与实际的步矩角之差。 5. 输出转矩：电动机轴上的输出转矩的大小
三相反应式步进电动机的一个通电循环周 期如下：AAB B BC C CA，每个循 环周期分为六拍。 每拍转子转过15（步距角），一个通电循 环周期(6拍)转子转过90 (齿距角)。 与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更 小，更适用于需要精确定位的控制系统中。
13.1.3
三相双三拍
从以上对步进电机三种驱动方式的分析可 得步距角计算公式：
—步距角
360 Zr m
Zr —转子齿数 m —每个通电循环周期的拍数
实用步进电机的步距角多为3和1.5 。为了 获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的， 如教材图10.4.4所示。图中转子表面有40个齿，
齿距角是9；定子仍是 6个磁极，但每个磁极表 面加工有五个和转子一样的齿。 应用： 步进电动机的应用非常广泛，如各种数控 机床、自动绘图仪、机器人等。
360 0.9 2 2 100
13.2 步进电动机的步距角
由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数) 愈多，则步距角愈小，控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机 就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用弧度表 示，则步进电动机的转速为：
三相反应式步进电动机的原理结构图如下： A
IA
定子
转子
IC C
IB
B
定子内圆周 均匀分布着六个 磁极，磁极上有 励磁绕组，每两 个相对的绕组组 成一相。转子有 四个齿。
13.1
步进电动机结构与工作原理
13.1.1 三相单三拍
A相绕组通电，B、C 相
A
B'
4
1
2 3
C' B
C
A'
不通电。由于在磁场作用下， 转子总是力图旋转到磁阻最 小的位置，故在这种情况下， 转子必然转到左图所示位置： 1、3齿与A、A′极对齐。
按AB C A ……的顺序给三相绕组 轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转 过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过 90°(一个齿距角)。
13.1.2 三相六拍
按AAB B BC C CA的顺 序给三相绕组轮流通电。这种方式可以 获得更精确的控制特性。
A
B' 4 1
13.2 步进电动机的步距角
由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过 的角度称为步距角。T11-2.SWF
＝360/ZKm
其中：Z－转子齿数 m－定子绕组相数 K－通电系数 K=1,2 若二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角 360 1.8 2 100 若按单、双通电方式运行时，步距角
步进电动机的工作原理
给 A 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。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。
步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲 信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉 冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段 距离。 特点: (1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。
13.1
步进电动机结构与工作原理
种类：励磁式和反应式两种。 区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈， 反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的 结构和工作原理。