步进电机、伺服电机基础知识

a)
3、伺服电动机
伺服电动机又称为执行电动机，在自动控制系统中作 为执行元件。它将输入的电压信号转换成转矩或速度输出， 以驱动控制对象。输人的电压信号称为控制信号或控制电 压，改变控制电压的极性和大小，便可改变伺服电动机的 转向和转速。 转向和转速
伺服电动机的作用
伺服电动机的作用是驱动控制对象。 伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象的转距和转速受信号 电压控制，信号电压的大小和极性改变时， 电压控制，信号电压的大小和极性改变时，电动机的转动速度和方 向也跟着变化。 向也跟着变化。
伺服电动机分类： 伺服电动机分类：
交流伺服电动机和直流伺服电动机。 交流伺服电动机和直流伺服电动机。
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1、各部位名称 如图所示。
a)笼型转子 1、5一轴承 2---机壳 3一定子 4---转子 6---接线板 7一铭牌 b)杯型转子 1一杯型转子 2---定子绕组 3一外定子 4---内定子 5一机壳 6---端盖
四线电机和六线电机高速度模式：输出电流设成等于或略小于电机额定 电流值； b) 六线电机高力矩模式：输出电流设成电机额定电流的0.7倍； c) 八线电机并联接法：输出电流应设成电机单极性接法电流的1.4倍； d) 八线电机串联接法：输出电流应设成电机单极性接法电流的0.7倍 。
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对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、 对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积 运行可靠、耗电少等。 小、运行可靠、耗电少等。
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2、步进电动机
步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或直线位移的 一种执行元件。
分类与结构 步进电动机分为反应式,永磁式, 和混合式三种. 三相反应式步进电动机由定子 和转子两个部分构成. 右图中,定子有6个磁极,两个相 对的磁极组成一相;转子上有均 匀分布的4个齿.
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伺服系统接线举例： 伺服系统接线举例：
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应用： 应用：
直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。经常 直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。 用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为 用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1600W。它的用途很多，如随动系统中的位置控 。它的用途很多， 制等。 制等。
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4、PLC编程实现 PLC编程实现
脉冲输出的使用：
可变脉冲输出：
脉冲输出：
有加减速脉 冲输出：
原点回归：
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绝对定位：
相对定位：
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5、步进电机与伺服电机的区别
虽然两种电机控制上相似（都是才用脉冲信号和方向信 号)，但使用性能和场合上存在着较大的差异。 一、控制精度不同。 二、低频特性不同。 三、矩频特性不同。 四、过载能力不同。 区别 五、运行性能不同。 六、速度响应性能不同。
杯型转子伺服电动机结构图 激磁绕组1;控制绕组2;内定子3; 16 Super Lighting 外定子4;转子5
(2).基本工作原理
两相绕组WF和WC分别通入 频率相同的交流电,产生旋转 磁场,使伺服电动机起动. 取消WC后,要防止自转. 消除自转现象的措施 加大转子电阻.如: 采用薄壁杯形转子. 鼠笼条用高阻材料黄铜
A C' B'
B
C
A'
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(1)步进电动机的工作原理
由环形分配器送来的脉冲信号，对定子绕组轮流通电。设相序为A→B→C→A。 当A相控制绕组通电， 而B、C相不通电时，步进电动机的气隙磁场与A相绕组轴线重合， 而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过， 故电动机转子受到一个反应转矩(静转矩)的作用，在此转矩的作用下， 使转子的齿1和齿3旋转到与A相绕组轴线相同的位置上，如图(a)所示， 然后B相通电如图(b)所示,转子在空间沿逆时针方向转过30度,转子前进一步. 同理,C相通电时,转子转到图©所示位置;D相通电时,转子转到图(d)所示位置. 按A-B-C-A顺序不断地接通和断开控制绕组,电动机便一步一步地转动.
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2).交流伺服电动机
(1)结构
定子: 定子由硅钢片叠成; 在定子铁心的内圆表面嵌有 两套相差90度电角度的绕组: 激磁绕组WF,控制绕组WC; 这两套绕组分别由两个电源 供电.
接线图
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两相交流伺服电动机的结构
转子: 转子
分为鼠笼型和杯型两种. (1)鼠笼型转子作得细而长,转 子导体采用高电阻率的材料. 用于小功率的自动控制系统. 产品型号SL系列. (2)空心杯型转子作成薄壁圆 筒形,放在内外定子之间.用于 要求运行平滑的系统.产品型 号SK系列.
转子电阻不同时的机械特性
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(4).交流伺服电动机的特性和应用
控制方法;有三种. 幅值控制 注解 相位控制 幅-相控制 幅值控制原理图:控制电压Uc越 高,电动机转速越高.
不同控制电压下的机械特性
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1) 直流伺服电动机
基本结构:与普通他激直流电动 机相同.(有换向器)，为减小转 为减小转 动惯量机身会做得细长一些。 动惯量机身会做得细长一些。 分类:电磁式(他激式); 永磁式, 电气原理图:（如右图）其中(a) 为电磁式(b)为永磁式. 参数:输出功率1-600W.
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A B' C' 1 4 3 2 C B A' B' C
A C' B A' B' C
A C' B A' B' C
A C' B A'
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(3)小步距角步进电动机
步进电动机无论采用哪种通电方式，步距角都太大，无法满足生产中 对精度的要求，在实际应用中一般采用小步距角的步进电动机。设转 子齿数为z，定子相数为m，则齿距角τ和步距角β为: Τ=360/ z β=360/K m z 其中K为状态系数，对于单相轮流通电方式和双相轮流通电方式来说， K=1，而对于单双相轮流通电方式来说，K=2。 从上式可知，步距角与相数及齿数有关，要想获得小的步距角的话， 必须增大相数或齿数。但是，相数越多的话，它的驱动电源就越复杂， 并且成本也越高，一般的步进电动机做成二相、三相、四相、五相或 六相。因此，减小步距角的根本方法是增加转子齿数z。
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1、 控制电机概述 概述
控制电机的主要作用是用来完成信息的传递与交换,而不是进 行能量转换.
如：步进电机将脉冲信号转换为角位移或线位移。 步进电机将脉冲信号转换为角位移或线位移。 伺服电机将电压信号转换为转矩和转速； 伺服电机将电压信号转换为转矩和转速；
异步电动机、直流电动机等一般都是作为动力使用的， 异步电动机 、 直流电动机等一般都是作为动力使用的 ， 其 主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能。 主要任务是能量转换，例如将电能转换为机械能。
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（4）电机接线方法
1. 步进电机驱动器接线方法 ① 光电隔离原件作用：电气隔离、抗干扰 ② 共阳极接法、共阴极接法和差分方式接法
共阳极接法
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共阴极接法
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步进电机驱动器的典型接线：
OPTO：输入信号的公共端 FREE：脱机信号（低电平 有效），当此输入控制端为低 电平时，电机励磁电流被关断， 电机处于脱机自由状态。 DIR：方向电平信号输入端， 高低电平控制电机正/反转。 CP：步进脉冲信号输入， 下降沿有效，信号电平稳定时 间不小于0.3µs。 A+、A-、B+、B-：接步进 电机线圈。
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PLC与步进电机驱动器，步进电机驱动器与 步进电机的接线：
FX2N-□MT PLC 能输出脉冲频率是20K; FX1N-□MT PLC 能输出脉冲频率是100K ; FX1S-□MT PLC 能输出脉冲频率是100K; 11 Super Lighting
4、6和8线电机接线方法
山蒲照明内训课程
步进电机、伺服电机基 础知识
步进电机、伺服电机基础知识
课程目的：
了解步进电机、伺服电机的工作原 理, 编程方法及工作中的应用
适用对象：
各车间电气维修人员
课程开发人员：
马兵波
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课程大纲
学习内容： 学习内容： 1、控制电机概述 2、步进电动机 3、伺服电动机 PLC编程实现 4、PLC编程实现 5、步进电机与伺服电机的区别
A C'
1 2 3 4
A B' C'
1 4 2 3
A B' C'
2 1 3 4
A B' C'
4 1 2 3
B'
B A' (a)
C
B A' (b)
C
B A' (c)
C
B A' (d)
C
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(2)通电方式
控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍，每一拍转子所转过的角度 称为一个步距角β。步进电动机的通电方式有三种。对于三相反应式 步进电动机来说，每次只有一相绕组单独通电，如A→B→C→A，控 制绕组每换接三次构成一个循环，这种方式称为三相单三拍；若每次 有两相绕组同时通电，如AB→BC→CA→AB，每次循环换接三次， 这种方式称为三相双三拍；若单相通电和两相通电轮流进行，如 A→AB→B→BC→C→CA→A A→AB→B→BC→C→CA→A，这种方式被称为三相六拍。