第4章 步进电动机.ppt

第4章 步进电动机 讲授内容： 4.1 概述 4.2 反应式步进电动机的结构和工作原理 4.3 反应式步进电动机的静态特性 4.4 反应式步进电动机的动态特性 4.5 步进电动机的主要性能指标 4.6 步进电动机的驱动电源（重点） 学习要求： 1、掌握步进电动机的结构、分类和工作原理； 2、了解反应式步进电动机的静态和动态特性。 3、掌握步进电动机各种功率驱动电路特点； 4.1 概述 1、什么是步进电机？ 步进电机是一种将电脉 冲信号转化为角位移的 执行机构。 步进电动机属于断续运 转的同步电机。 步进电机使用的电压为 直流脉冲电压。 脉冲电源每输出一个信 号，步进电机就转动一 个角度 2、控制系统对步进电机的基本要求 ⑴、在一定的速度范围内，在电脉冲的控制 下，步进电动机能够迅速启动、正反转 、制动和停止，调速范围广。 ⑵、步进电动机的步距角要小，步距精度高 ，不丢步不越步。 ⑶、工作频率高，响应速度快。 3、步进电动机的类型 按激励方式的不同分： ⑴、反应式； ⑵、永磁式； ⑶、感应子式； 4.2 反应式步进电动机的结构和工作原理 4.2.1、结构特点： 定子、转子铁芯通常用硅 钢片叠压而成。 在面向气隙的定、转子铁 芯表明有齿距相等的小齿。 定子为凸极式结构，每极 上套有一个集中式绕组。 转子只有齿槽，没有绕组。 对于不同的控制系统，转 子齿数也不同。 4.2.2、工作原理 反应式步进电动机是 利用凸极转子交轴与直 轴磁阻不相等产生反应 转矩而转动的。 2、运行方式： 运行方式（绕组通电循环周期）： 四相单四拍方式： 逆时针旋转：A→C →B →D →A 名词解释： ①、“拍”： 定子控制绕组从一种通 电状态切换到另一种通电 状态叫做一“拍”，此时电 机转子在空间所转过的角 度称为步距角； 名词解释： 例：四相单双八拍（四相八拍）： A→AC →C →CB →B →BD →D →DA 四相双四拍工作方式： 每次同时接通两相绕组 的通电方式，如： AC→CB →BD →DA →AC 四相八拍工作方式： 电机绕组通电顺序： A→AC→C→CB→B→BD→D→DA A→AC→C→CB→B→BD→D→DA 3、实用反应式步进电动机 已知： 转子小齿数50个； 定子每个磁极上有5个齿； 名词解释及定义： ①、齿距角θt： 电机转子每个小齿所占有 的角度称为齿距角； 名词解释及定义： ②、步距角θs: 每切换一次电机绕组通电方式时，转子转过的角 度称为步距角； 定子齿与转子齿错开齿距角为： 四相八拍运行方式： A、C两相绕组同时通电时定、 转子齿的相对位置 4、步进电动机的特点： ⑴、转角或位移与输入脉冲信号数相对应； ⑵、易于启动、停止、正反转及变速、快速响应性较好； ⑶、运行速度可以在相当宽的范围内调节； ⑷、具有自锁能力； ⑸、步距角选择范围大； ⑹、步进电动机按应用方式可分为：伺服式和功率式； ⑺、电动机没有电刷，转子上没有绕组，也不需要位置传感器， 可靠性高； ⑻、步进电机需要与控制器配合使用，不能直接使用交、直流 电源； ⑼、步进电机带惯性负载的能力差； ⑽、存在失步、共振等现象； 四相双四拍运行方式： 请同学们分析采用 四相双四拍运行方 式时： 1、步进电动机的通 电顺序如何？ 2、通电方式每切换 一次电机转子转 过的步距角是多 少度？ 4.2.3 反应式步进电动机的基本特点 1、每相（定子相）绕组的脉冲频率fφ 状态数等于绕组相数的称为单拍制分配方式； 状态数等于绕组相数2倍的称为双拍制分配方式； 不管分配方式如何，每循环一次，控制电脉冲的 个数总是等于拍数N，而加在每相绕组上的脉冲电压 （或电流）的个数却等于1，因而控制电脉冲频率f 是每相脉冲电压频率fφ的N倍，即： 每输入一个脉冲电信号电机转子转过的角度称为 步距角（机械角度）。 注意：步距角与齿距角两者是不同的。 步进电机电角度与齿距角、步距角的关系 如果将转子齿数看做转子的极对数，那么一个齿距 就对应3600电角度，即用电角度表示的齿距角为： 结论： 如果将步进电机的转子齿数看做为普通电机的极对 数，那么一个齿距就对应3600电角度。 电角度等于机械角度乘上极对数（转子齿数）。 3、步进电机的转速n: 通常步进电动机的转速是指连续输入脉冲信号时， 步进电动机每分钟的转速。 通常步进电动机有两种运行方式： ⑴、步进运行方式： 每输入一个脉冲信号，步进电机就走一步（转动一 个角度），其步数与脉冲数一致。 ⑵、连续运行方式： 给步进电机连续