第4章 数控机床的伺服.ppt

步进电机是按电磁吸引的原理进行工作的。当定子绕组按顺序轮流通电时，A、B、C三对磁极就依次产生磁场，每次将离开最近的某一对转子齿吸引，从而使转子一步步转动。 3.步进电机的工作原理 步进电机对应每个脉冲每次所转过的角度称为步距角。 1) 三相单三拍运行 假设转子有四齿，三相单三拍是指定子按： 正转：A→B→C→A顺序通电； 或： 反转：A→C→B→A顺序通电； 每切换一次，转子就顺(逆)时针转过30°(步距角)。 30° 3)三相六拍通电顺序： 正转：A→AB→B→BC→C→CA→A 反转：A→AC→C→CB→B→BA→A 步距角为15°，特点是旋转精度高，且转换过程中始终保证有一相绕组通电，工作稳定，因此这种方式被大量采用。 2)三相双三拍通电顺序： 正转： AB→BC→CA→AB 反转： AC→CB→BA→AC 步距角仍为30° ，特点是切换时总保持一相通电，所以工作比较稳定。 步距角和步进电机的相数、通电方式及电机转子齿数的关系如下： 式中 —步进电机的步距角； m—电机相数； Z—转子齿数； K—系数，相邻两次通电相数相同，K＝1； 相邻两次通电相数不同，K＝2。 同一相数的步进电机可有两种步距角，通常为1.2/0.6、1.5/0.75、1.8/0.9、3/1.5度等。 二、步进电机的主要性能指标 1.?? 步距角和步距误差 步距误差是指步进电机运行时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。通常控制在10′以内。 连续走若干步时，步距误差的累积值称为步距的累积误差。 由于步进电机转过一转后，将重复上一转的稳定位置，所以步距累积误差将以一转为周期重复出现。 2. 静态转矩与矩角特性 1)失调角 当步进电机某相定子绕组通电并带上负载之后，转子齿与定子齿之间会产生偏离。 转子偏离平衡位置向负载转矩方向转过的角度θ称为失调角。 A相偏离 θ 失调角使步进电机产生一个静态转矩（电磁转矩），它与失调角θ的大小呈近似正弦关系，且等于负载转矩。被称为矩角特性。 矩角特性的静态转矩最大值称为最大静转矩。在静态稳定区内，当外加负载转矩除去时，转子在电磁转矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置(θ＝0°) 2)矩角特性 如图所示为三相单三拍的矩角特性曲线，图中的A相、B相曲线的交点所对应的转矩是步进电机的最大启动转矩Tq。如果外加负载转矩大于Tq，电机就不能启动。启动转矩是电机能带动负载转动的极限转矩。 3.??最大启动转矩Tq θ2 设：TL=Ta A相通电，失调角θ1，平衡； B相通电时，TbTa，旋转，当Tb＝TL时，失调角为θ2，新的平衡建立…… 4. 启动频率 空载时，步进电机由静止状态突然起动，并进入不失步的正常运行的最高频率，称为启动频率或突跳频率。指令脉冲的频率如大于启动频率，电机就不能正常工作。步进电机在带负载（尤其是惯性负载）下的启动频率比空载要低，而且随着负载加大（在允许范围内），启动频率会进一步降低。 5. 连续运行频率 步进电机起动后，其运行速度能根据指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率，称为连续运行频率。其值远大于启动频率，它也随着电机所带负载的性质和大小而异，与驱动电源也有很大关系。 T f 6. 矩频特性与动态转矩 矩频特性是描述步进电机连续稳定运行时输出转矩与连续运行频率之间的关系，该特性上每一个频率对应的转矩称为动态转矩。 当步进电机正常运行时，若输入脉冲频率逐渐增加，则电动机所能带动负载转矩将逐渐下降。在使用时，一定要考虑动态转矩随连续运行频率的上升而下降的特点。 矩频特性 步进电机驱动线路完成由弱电到强电的转换和放大，功能是将逻辑电平信号变换成电机绕组所需的具有一定功率的电流脉冲信号。它包含环形分配器和功率放大器。 三、步进电机功率驱动电路 环形分配器是用于控制步进电机的通电方式。其作用是将数控装置送来的一系列指令脉冲按照一定的顺序和分配方式加到功率放大器上，控制各相绕组的通电、断电。 环形分配器功能可由硬件或软件产生，硬环分是根据步进电机的相数和控制方式设计的逻辑时序电路。 1. 环形分配器 软件环