第五章步进电动机及其控制优秀PPT.ppt

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1、第五章 步进电动机及其控制第一页，本课件共有46页 5.1 概述概述o三种经典电机：三种经典电机：直流电机，异步电机，同步电机。直流电机，异步电机，同步电机。o近年来步进电机性能提高，应用广。近年来步进电机性能提高，应用广。o步进电机典型应用：步进电机典型应用：n电子钟表，打印机。电子钟表，打印机。n程序控制系统，数字控制系统。程序控制系统，数字控制系统。第二页，本课件共有46页o 步进电机的运行特性步进电机的运行特性1.一步一一步一步步前前进进。电机名称的由来。电机名称的由来。Stepmotor,stepping motor2.电流的形式：电流的形式：脉冲电流。脉冲电流。3.转速与磁场转速的

2、关系：转速与磁场转速的关系：基本同步。基本同步。第三页，本课件共有46页o优点优点1.控制原理和控制方法简单。控制原理和控制方法简单。开环控制。开环控制。开环位置控制。开环位置控制。脉冲控制。脉冲控制。2.不用电刷和换向器，不用电刷和换向器，结构简单。结构简单。3.适用于计算机控制。适用于计算机控制。第四页，本课件共有46页o缺点缺点1.功率和力矩小，负载惯量小。功率和力矩小，负载惯量小。2.效率低。效率低。3.一台电机配一台驱动器。一台电机配一台驱动器。4.功率小，不宜驱动大的机械装置。功率小，不宜驱动大的机械装置。5.响应速度低。响应速度低。(运行速度不低运行速度不低)6.每步前进的角度固

3、定。每步前进的角度固定。7.在某些转速范围发生振荡。在某些转速范围发生振荡。第五页，本课件共有46页o步进电机的类型步进电机的类型n磁阻式步进电机磁阻式步进电机n永磁式步进电机永磁式步进电机n混合式步进电机混合式步进电机第六页，本课件共有46页5.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理 5.2.1 磁阻式步进电动机的结构特点磁阻式步进电动机的结构特点o基本结构基本结构o定子：铁心，定子：铁心，绕组，端盖，绕组，端盖，外壳。外壳。o转子：铁心，轴。转子：铁心，轴。第七页，本课件共有46页第八页，本课件共有46页 定子详细结构定子详细结构o软磁磁极，磁极有绕组。软磁磁极，磁极有绕

4、组。绕组数绕组数=磁极数。磁极数。8个磁极，个磁极，8个绕组。个绕组。o绕组分成绕组分成 m 相。相。o每相两个绕组，每相两个绕组，位于一条直径两端。位于一条直径两端。o2p=2m，o磁极表面有均布的小齿磁极表面有均布的小齿。第九页，本课件共有46页 转子详细结构转子详细结构o没有绕组。没有绕组。o软磁铁心，软磁铁心，o外圆上有小齿，外圆上有小齿，与定子小齿完全相同。与定子小齿完全相同。o齿距角：齿距角：两齿中心线的夹角。两齿中心线的夹角。第十页，本课件共有46页 对转子齿数的规定（特点）对转子齿数的规定（特点）o若某一磁极下定、转子的齿对齐，若某一磁极下定、转子的齿对齐，则同一相的另一个磁极

5、下的定、转子的小齿则同一相的另一个磁极下的定、转子的小齿 也是对齐的。也是对齐的。相邻极下的定、转子齿相邻极下的定、转子齿 之间错开转子齿距的之间错开转子齿距的1/m。第十一页，本课件共有46页 磁路磁阻特点（磁路磁阻特点（1相极下）相极下）o齿与齿对齐，磁阻最小，齿与齿对齐，磁阻最小，o齿与槽对齐，磁阻最大。齿与槽对齐，磁阻最大。o磁阻与转角有关，随转角变化而变化。磁阻与转角有关，随转角变化而变化。o变磁阻电机。变磁阻电机。Variable reluctance第十二页，本课件共有46页结构特点总结结构特点总结1）定子和转子磁路由软磁材料组成，）定子和转子磁路由软磁材料组成，只有定子有绕组。

6、只有定子有绕组。2）转子有齿，齿数应满足规定。）转子有齿，齿数应满足规定。3）磁阻与转角有关，）磁阻与转角有关，随转角的变化而变化。随转角的变化而变化。第十三页，本课件共有46页 5.2.2 磁阻式步进电动机的工作原理磁阻式步进电动机的工作原理 1.简述简述 o旋转磁场旋转磁场+磁阻转矩磁阻转矩 与磁阻同步电机相似与磁阻同步电机相似o各相绕组轮流通电，各相绕组轮流通电，形成步进式旋转磁场。形成步进式旋转磁场。o磁阻转矩使转子转动，磁阻转矩使转子转动，使磁阻减小，使磁阻减小，直到磁阻最小的位置。直到磁阻最小的位置。第十四页，本课件共有46页 2.无小齿的三相磁阻式步进电动机无小齿的三相磁阻式步进

7、电动机第十五页，本课件共有46页 旋转磁场的产生旋转磁场的产生o各绕组周期性通电各绕组周期性通电。o各相绕组轮流通电，形成步进式旋转磁场各相绕组轮流通电，形成步进式旋转磁场.o磁场顺时针转动。磁场顺时针转动。o通电一周期，磁场轴线转过通电一周期，磁场轴线转过180。第十六页，本课件共有46页o转子的转动情况转子的转动情况o周期性通电周期性通电。第十七页，本课件共有46页o转子的转动情况转子的转动情况o周期性通电周期性通电。o通电一周期，通电一周期，转子逆时针转子逆时针转过转过 转子的一个齿距角。转子的一个齿距角。第十八页，本课件共有46页o改变通电顺序。改变通电顺序。o磁场和转子反转，转角大小

8、不变。磁场和转子反转，转角大小不变。通电一周期，通电一周期，转子转过转子转过 转子的转子的一个齿距角。一个齿距角。第十九页，本课件共有46页o结论结论 1)步进电动机各相绕组轮流通电，步进电动机各相绕组轮流通电，形成步进式旋转磁场，形成步进式旋转磁场，转动方向取决于通电的顺序。转动方向取决于通电的顺序。为了使电机连续转动，为了使电机连续转动，通电状态的变化应当是周期性的。通电状态的变化应当是周期性的。2)改变改变 1 次通电状态，走次通电状态，走 1 步。步。通电状态完成通电状态完成 一个周期，一个周期，转子转过转子的一个齿距角。转子转过转子的一个齿距角。第二十页，本课件共有46页o结论结论1

9、)步进电动机各相绕组轮流通电，形成步进步进电动机各相绕组轮流通电，形成步进式旋转磁场，转动方向取决于通电的顺序。式旋转磁场，转动方向取决于通电的顺序。2)改变改变 1 次通电状态，走次通电状态，走 1 步。步。通电状态完成通电状态完成 一个周期，一个周期，转子转过转子的一个齿距角。转子转过转子的一个齿距角。3)转角大小取决于通电状态变化次数，转角大小取决于通电状态变化次数，转速取决于通断电的频率。转速取决于通断电的频率。4)一个磁极下定、转子齿对齐，一个磁极下定、转子齿对齐，相邻磁极下齿必须错开，才能前进。相邻磁极下齿必须错开，才能前进。第二十一页，本课件共有46页3.拍数与步距角拍数与步距角

10、o拍数拍数:记为记为N。如上述电机，如上述电机，拍数为拍数为3。o在通、断电的一个周期内，在通、断电的一个周期内，通电状态改变的次数也就是拍数。通电状态改变的次数也就是拍数。o改变一次通电状态也称为改变一次通电状态也称为1 拍。拍。第二十二页，本课件共有46页 3.拍数与步距角拍数与步距角o步距角：步距角：即每一拍即每一拍(步步)所转过的角度，记为所转过的角度，记为b。o如何计算步距角？如何计算步距角？o每个通电周期共每个通电周期共N拍，走拍，走N步，转过一个步，转过一个 齿距角齿距角t，故，故 上述电机上述电机 第二十三页，本课件共有46页 3.拍数与步距角拍数与步距角o上述电机上述电机 o

11、对于很多情况，对于很多情况，步距角太大。步距角太大。o应增加转子齿数。应增加转子齿数。第二十四页，本课件共有46页 4.有小齿的四相磁阻式步进电动机有小齿的四相磁阻式步进电动机 o定子定子8极极4相绕组。相绕组。一个极包含的齿数一个极包含的齿数第二十五页，本课件共有46页第二十六页，本课件共有46页第二十七页，本课件共有46页第二十八页，本课件共有46页第二十九页，本课件共有46页第三十页，本课件共有46页第三十一页，本课件共有46页o正向正向o1拍拍 o通电一周期，转一个齿距角。通电一周期，转一个齿距角。第三十二页，本课件共有46页o反向通电反向通电o反转，反转，1拍拍 o通电一周期，转一个

12、齿距角。通电一周期，转一个齿距角。第三十三页，本课件共有46页o反向通电反向通电o反转，反转，1拍拍 o通电一周期，转一个齿距角。通电一周期，转一个齿距角。第三十四页，本课件共有46页o两相通电两相通电第三十五页，本课件共有46页o两相通电两相通电第三十六页，本课件共有46页o两相通电两相通电第三十七页，本课件共有46页第三十八页，本课件共有46页第三十九页，本课件共有46页第四十页，本课件共有46页第四十一页，本课件共有46页第四十二页，本课件共有46页o结论：结论：o增加转子齿数，可以减小齿距角。增加转子齿数，可以减小齿距角。o增加转子齿数，增加拍数，增加转子齿数，增加拍数，都可以减小步距

13、角，都可以减小步距角，提高运行精度。提高运行精度。第四十三页，本课件共有46页例题例题1：o 三相磁阻式步进电机有三相磁阻式步进电机有62个齿，个齿，计算单拍、双拍制的步距角，并写计算单拍、双拍制的步距角，并写出正反转的通电顺序，出正反转的通电顺序，50个脉冲个脉冲后电机轴分别转过多少度？后电机轴分别转过多少度？第四十四页，本课件共有46页第四十五页，本课件共有46页例题例题2：磁阻式步进电动机有磁阻式步进电动机有A、B、C、D四相。绘出四相。绘出A和和B极下，当极下，当A通电，通电，B通电，通电，和和AB通电时，定子、转子齿的相对位置通电时，定子、转子齿的相对位置。第四十六页，本课件共有46页