交流伺服电机的工作原理.pptx

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1、会计学1交流交流(jioli)伺服电机的工作原理伺服电机的工作原理第一页，共67页。执行元件(yunjin)的种类第1页/共67页第二页，共67页。伺服电动机控制方式的基本(jbn)形式第2页/共67页第三页，共67页。异异异异步步步步电电电电动动动动机机机机、直直直直流流流流电电电电动动动动机机机机等等等等都都都都是是是是作作作作为为为为动动动动力力力力(dngl)(dngl)使用的，其主要任务是能量的转换。使用的，其主要任务是能量的转换。使用的，其主要任务是能量的转换。使用的，其主要任务是能量的转换。各种控制电机有各自的控制任务：各种控制电机有各自的控制任务：各种控制电机有各自的控制任务：

2、各种控制电机有各自的控制任务：如如如如:伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱伺服电动机将电压信号转换为转矩和转速以驱动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传动控制对象；测速发电机将转速转换为电压，并传递到递到递到递到 输入输入输入输入(shr)(shr)端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号端作为反馈信号。步进电动机将脉冲信号转换为角位移或线位移。转换

3、为角位移或线位移。转换为角位移或线位移。转换为角位移或线位移。本章介绍本章介绍本章介绍本章介绍(jisho)(jisho)的各种控制电机的主要任务是转换和的各种控制电机的主要任务是转换和的各种控制电机的主要任务是转换和的各种控制电机的主要任务是转换和传递控制信号，能量的转换是次要的。传递控制信号，能量的转换是次要的。传递控制信号，能量的转换是次要的。传递控制信号，能量的转换是次要的。控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种控制电机的种类很多，本章只讨论常用的几种:伺服电机、测速电机、步进电机。伺服电机、测速电机、步

4、进电机。伺服电机、测速电机、步进电机。伺服电机、测速电机、步进电机。对控制电机的主要要求：对控制电机的主要要求：对控制电机的主要要求：对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、动作灵敏、准确、重重重重量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。量轻、体积小、耗电少、运行可靠等。第3页/共67页第四页，共67页。伺服电动机可分为伺服电动机可分为伺服电动机可分为伺服电动机可分为(fn wi)(fn wi)(fn wi)(fn wi)两类：两类：两类：两类：伺服电动机又称执行电动机。其功能是将输伺服电动机又称执行电

5、动机。其功能是将输入的电压控制信号转换为轴上输出入的电压控制信号转换为轴上输出(shch)(shch)的角的角位移和角速度，驱动控制对象。位移和角速度，驱动控制对象。交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机交流伺服电动机 直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机9.19.1 伺服电动机伺服电动机伺服电动机伺服电动机 伺服电动机可控性好，反应迅速伺服电动机可控性好，反应迅速(xn s)(xn s)。是自动控。是自动控制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。制系统和计算机外围设备中常用的执行元件。第4页/共67页第五页，共67页。9.1.1 9.1.1 交流交流交流交流(jiol

6、i)(jioli)伺服伺服伺服伺服电动机电动机电动机电动机 交流伺服电动机就是交流伺服电动机就是(jish)(jish)一台两相交流异步电机。一台两相交流异步电机。它的定子上装有空间互差它的定子上装有空间互差9090 的两个绕组：励磁绕组和控制的两个绕组：励磁绕组和控制绕组，其结构如图所示。绕组，其结构如图所示。励磁励磁(l c)(l c)绕组绕组控制绕组控制绕组杯形转子杯形转子内定子内定子交流伺服电动机结构图交流伺服电动机结构图交流伺服电动机结构图交流伺服电动机结构图第5页/共67页第六页，共67页。放放大大器器检检测测元元件件控制信号控制信号控制信号控制信号+控制绕组控制绕组励磁绕组励磁绕

7、组+1 1 励磁绕组串联电容励磁绕组串联电容(dinrng)C,(dinrng)C,是为了产生两是为了产生两相旋转磁场。相旋转磁场。适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流相位差接近近9090,从而从而(cng r)(cng r)产生所需的旋转磁场。产生所需的旋转磁场。交流伺服电动机的接线图和相量图交流伺服电动机的接线图和相量图交流伺服电动机的接线图和相量图交流伺服电动机的接线图和相量图(a(a）接线图）接线图）接线图）接线图 1(b)(b)相量图相量图相量图相量图第6页/共67页第七页，共67页。控制电压控制电压控制电压控制电压 与电源电压

8、与电源电压与电源电压与电源电压 频频频频率相同，相位相率相同，相位相率相同，相位相率相同，相位相同或反相。同或反相。同或反相。同或反相。放放大大器器检检测测元元件件控制信号控制信号控制信号控制信号+控制绕组控制绕组 交流伺服电动机的工作交流伺服电动机的工作交流伺服电动机的工作交流伺服电动机的工作(gngzu)(gngzu)原理与单相原理与单相原理与单相原理与单相异步电动机有相似之处。异步电动机有相似之处。异步电动机有相似之处。异步电动机有相似之处。励磁绕组励磁绕组励磁绕组励磁绕组(roz)(roz)固定接在电源上，当控制电压为固定接在电源上，当控制电压为固定接在电源上，当控制电压为固定接在电源

9、上，当控制电压为零时，电机无起动转矩，转子不转。零时，电机无起动转矩，转子不转。零时，电机无起动转矩，转子不转。零时，电机无起动转矩，转子不转。若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流若有控制电压加在控制绕组上，且励磁电流和控制绕组电流和控制绕组电流和控制绕组电流和控制绕组电流 不同相时，不同相时，不同相时，不同相时，因此便产生两相旋转因此便产生两相旋转因此便产生两相旋转因此便产生两相旋转磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。磁场。在旋转磁场的作用下，转子便转动起来。磁场。在

10、旋转磁场的作用下，转子便转动起来。第7页/共67页第八页，共67页。交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状态交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状态交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状态交流伺服电动机的特点：不仅要求它在静止状态(zhungti)(zhungti)下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求下，能服从控制信号的命令而转动，而且要求在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。在电动机运行时如果控制电压变为零，电动机立即停转。在电动机运行时如果

11、控制电压变为零，电动机立即停转。但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相异步电动但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相异步电动但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相异步电动但如果交流伺服电动机的参数选择和一般单相异步电动机相似，电动机一经转动，即使控制等于零，电动机仍继机相似，电动机一经转动，即使控制等于零，电动机仍继机相似，电动机一经转动，即使控制等于零，电动机仍继机相似，电动机一经转动，即使控制等于零，电动机仍继续转动，电动机失去续转动，电动机失去续转动，电动机失去续转动，电动机失去(shq)(shq)控制，这种现象称为控制，这种现象称为控制，这种现象称为控制，这种现象称为“自转自转自

12、转自转”。如何克服如何克服如何克服如何克服(kf)“(kf)“自转自转自转自转”现象呢？现象呢？现象呢？现象呢？第8页/共67页第九页，共67页。正反向旋转磁场的合成正反向旋转磁场的合成正反向旋转磁场的合成正反向旋转磁场的合成(hchng)(hchng)转矩特性转矩特性转矩特性转矩特性(正向正向正向正向)(反向反向反向反向)正正转转转转反反当单相励磁时，在电动机运行范围当单相励磁时，在电动机运行范围当单相励磁时，在电动机运行范围当单相励磁时，在电动机运行范围0S110S11Sm1当单相励磁时，在电动机运行范围当单相励磁时，在电动机运行范围当单相励磁时，在电动机运行范围当单相励磁时，在电动机运行

13、范围0S110S11时，转矩为负时，转矩为负时，转矩为负时，转矩为负值，产生制动转矩，使转子停转。反转值，产生制动转矩，使转子停转。反转值，产生制动转矩，使转子停转。反转值，产生制动转矩，使转子停转。反转(fn zhun)(fn zhun)时也时也时也时也同样为制动转矩。同样为制动转矩。同样为制动转矩。同样为制动转矩。第10页/共67页第十一页，共67页。加在控制绕组上的控制电压反相时加在控制绕组上的控制电压反相时加在控制绕组上的控制电压反相时加在控制绕组上的控制电压反相时(保持励保持励保持励保持励磁电压不变磁电压不变磁电压不变磁电压不变)，由于旋转磁场的旋转方向，由于旋转磁场的旋转方向，由于

14、旋转磁场的旋转方向，由于旋转磁场的旋转方向(fngxing)(fngxing)发生变发生变发生变发生变化，使电动机转子反转。化，使电动机转子反转。化，使电动机转子反转。化，使电动机转子反转。加在控制绕组上的控制电压大小加在控制绕组上的控制电压大小加在控制绕组上的控制电压大小加在控制绕组上的控制电压大小(dxio)(dxio)变化时，其变化时，其变化时，其变化时，其产生的旋转磁场的椭圆度不同，从而产生的电磁转矩也不产生的旋转磁场的椭圆度不同，从而产生的电磁转矩也不产生的旋转磁场的椭圆度不同，从而产生的电磁转矩也不产生的旋转磁场的椭圆度不同，从而产生的电磁转矩也不同，从而改变电动机的转速。同，从而

15、改变电动机的转速。同，从而改变电动机的转速。同，从而改变电动机的转速。不同不同不同不同(b tn)(b tn)控制电压下的机械特性曲线控制电压下的机械特性曲线控制电压下的机械特性曲线控制电压下的机械特性曲线n=f(T),U1=n=f(T),U1=常数常数常数常数T TU U2 20.8 U20.6 U20.40.4 U U2 2on 交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。交流伺服电动机的机械特性如图所示。第11页/共67页第十二页，共67页。在励磁电压不变的情况在励磁电压不变的情况在励磁电压不变的情况在励磁电压不变的情况(qngk

16、ung)(qngkung)下，随着控制电压的下，随着控制电压的下，随着控制电压的下，随着控制电压的下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，下降，特性曲线下移。在同一负载转矩作用时，电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。电动机转速随控制电压的下降而均匀减小。交流伺服电机的输出功率一般为交流伺服电机的输出功率一般为0.1-100 W0.1-100 W，电源频率分电源频率分50Hz50Hz、400Hz400Hz等多种。它的应用很广泛，等多种

17、。它的应用很广泛，如用在各种自动控制如用在各种自动控制(z dn kn zh)(z dn kn zh)、自动记、自动记录等系统中。录等系统中。应用应用应用应用(yngyng):(yngyng):(yngyng):(yngyng):第12页/共67页第十三页，共67页。9.1.29.1.2 直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机 直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机直流伺服电动机(dngj)(dngj)(dngj)(dngj)的结构与直流电动机的结构与直流电动机的结构与直流电动机的结构与直流电动机(dngj)(dngj)(dngj)(dngj)基本相基本相基本相基本相同。

18、只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。同。只是为减小转动惯量，电机做得细长一些。直流伺服电动机的工作直流伺服电动机的工作直流伺服电动机的工作直流伺服电动机的工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)原理也与直流电动机原理也与直流电动机原理也与直流电动机原理也与直流电动机相同。相同。相同。相同。供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两供电方式：他励供电。励磁绕组和电枢分别由两个个(lin)独立的电源供电。独立的电源供电。U1为励磁电压，为励磁电压，U2为电枢电压为电枢电压MU1I1I2U2放放

19、放放大大大大器器器器U+直流伺服电动机的接线图直流伺服电动机的接线图第13页/共67页第十四页，共67页。由机械特性可知：由机械特性可知：由机械特性可知：由机械特性可知：(1)(1)(1)(1)一定一定一定一定(ydng)(ydng)(ydng)(ydng)负载转矩下，当磁通负载转矩下，当磁通负载转矩下，当磁通负载转矩下，当磁通 不变时，不变时，不变时，不变时，U2U2U2U2 n n n n 。(2)U2=0(2)U2=0(2)U2=0(2)U2=0时，电机立即停转。时，电机立即停转。时，电机立即停转。时，电机立即停转。电动机反转电动机反转电动机反转电动机反转(fn zhun)(fn zhu

20、n)(fn zhun)(fn zhun)：改变电枢电压的极性，电动机：改变电枢电压的极性，电动机：改变电枢电压的极性，电动机：改变电枢电压的极性，电动机反转反转反转反转(fn zhun)(fn zhun)(fn zhun)(fn zhun)。直流伺服电机的直流伺服电机的机械机械(jxi)特性与他励特性与他励直流电机相同一样，也直流电机相同一样，也可用下式表示可用下式表示机械特性曲线如图所示。机械特性曲线如图所示。直流伺服电动机的直流伺服电动机的n=f(T)曲线曲线(U1=常数常数)U20.8U20.6U20.4U2nTO第14页/共67页第十五页，共67页。直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。

21、通常直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。通常(tngchng)(tngchng)应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位应用于功率稍大的系统中，如随动系统中的位置控制等。置控制等。直流伺服电机输出功率一般为直流伺服电机输出功率一般为1-600W1-600W。应用应用应用应用(yngy(yngy(yngy(yngyng)ng)ng)ng)：第15页/共67页第十六页，共67页。9.2 测速发电机测速发电机 测速发电机是一种转速测量传感器。在许多自动控制系统中，它被用来(yn li)测量旋转装置的转速，向控制电路提供与转速大小成正比的信号电压。测速发电机分为测速发电机分为(fn wi)交流和直流两

22、种类型。交流和直流两种类型。9.2.1 9.2.1 交流交流交流交流(jioli)(jioli)测速发电机测速发电机测速发电机测速发电机 交流测速发电机又分为同步式和异步式两交流测速发电机又分为同步式和异步式两种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作种，这里只分析异步式交流测速发电机的工作原理。原理。第16页/共67页第十七页，共67页。1转子转子(zhun z)(zhun z)定子定子(dngz)(dngz)励磁励磁(l c)(l c)绕组绕组输出绕组输出绕组 异步式交流测速发电机的结构与杯形转子异步式交流测速发电机的结构与杯形转子交流伺服电机相似，它的定子上有两个绕组，交流伺服电机相似，它

23、的定子上有两个绕组，一个是励磁绕组，一个是输出绕组。一个是励磁绕组，一个是输出绕组。输出输出绕组绕组+励磁励磁绕组绕组+9.2.19.2.1 交流测速发电机交流测速发电机交流测速发电机交流测速发电机第17页/共67页第十八页，共67页。工作时，测速发电机的励磁绕组工作时，测速发电机的励磁绕组(roz)(roz)接交流电接交流电源源U1U1，由，由 U1 U1 4.44 f1N1 4.44 f1N1 1 1 可知：可知：当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转当被测转动轴带动发电机转子旋转时，转子切割子切割(qig)(qig)1 1产生转子感应电势产生转子感应电势ErEr和转子电流和转子电流IrIr

24、，它们的大小与它们的大小与 1 1和转子转速和转子转速 n n 成正比：成正比：转子转子(zhun z)电流电流 Ir也产生磁通也产生磁通r，r 在输出绕组中感应出电压在输出绕组中感应出电压U2 ，U2的大小与的大小与r成成正比：正比：第18页/共67页第十九页，共67页。综合上述分析综合上述分析(fnx)(fnx)可知：可知：当当 U1 U1恒定不变时，恒定不变时，U2 U2与与n n 成正比，这样，成正比，这样，发电机就把被测装置的转速发电机就把被测装置的转速(zhun s)(zhun s)信号转变成了电压信号转变成了电压信号，输出给控制系统。信号，输出给控制系统。由于铁心线圈电感的非线性

25、影响，交流测由于铁心线圈电感的非线性影响，交流测速发电机的输出电压速发电机的输出电压 U2与与n 间存在着一定的非间存在着一定的非线性误差线性误差(wch)，使用时要注意加以修正。，使用时要注意加以修正。第19页/共67页第二十页，共67页。9.2.19.2.1 直流测速发电机直流测速发电机直流测速发电机直流测速发电机 直流测速发电机分永磁式和他励式两种。直流测速发电机分永磁式和他励式两种。两种电机的电枢相同两种电机的电枢相同(xin tn)(xin tn)，工作时电枢接负载电阻，工作时电枢接负载电阻RLRL。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，。但永磁式的定子使用永久磁铁产生磁场，因而没有励

26、磁线圈；他励式的结构与直流伺服因而没有励磁线圈；他励式的结构与直流伺服电机相同电机相同(xin tn)(xin tn)，工作时励磁绕组加直流电压，工作时励磁绕组加直流电压U1U1励磁。励磁。他他励式直流测速发电机接线图励式直流测速发电机接线图TGRLI2U2+Ra+EI1U1+第20页/共67页第二十一页，共67页。当被测装置当被测装置(zhungzh)(zhungzh)转动轴带动发电机电枢旋转时，转动轴带动发电机电枢旋转时，电枢产生电动势电枢产生电动势E E，其大小为：，其大小为：发电机的输出发电机的输出(shch)(shch)电压为：电压为：上式中代入：上式中代入：于是于是(ysh)第21

27、页/共67页第二十二页，共67页。可见，当励磁电压可见，当励磁电压U1U1保持保持(boch)(boch)恒定时（恒定时（亦恒亦恒定），若定），若RaRa、RLRL不变，则输出电压不变，则输出电压U2U2的大小与的大小与电枢转速电枢转速 n n 成正比。这样，发电机就把被测装成正比。这样，发电机就把被测装置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制置的转速信号转变成了电压信号，输出给控制系统。系统。0nU2RL2RL1RL=RL2RL1第22页/共67页第二十三页，共67页。值得注意的是，由于直流电机中存在着电值得注意的是，由于直流电机中存在着电枢反应现象，使得枢反应现象，使得(sh de)输出电

28、压输出电压U2与转速与转速n 有一定有一定的线性误差。的线性误差。RL越小、越小、n 越大，误差越大。因越大，误差越大。因此，在使用中应使此，在使用中应使RL和和 n的大小符合直流测速的大小符合直流测速发电机的技术要求。发电机的技术要求。测速发电机的作用是将机械速度转变为电压测速发电机的作用是将机械速度转变为电压信号，在自动控制系统和计算装置中作为检测元信号，在自动控制系统和计算装置中作为检测元件件(yunjin)、校正元件、校正元件(yunjin)等。如在恒速等。如在恒速控制系统中，测速发电机将速度转换为电压信号控制系统中，测速发电机将速度转换为电压信号作为反馈信号，达到调节速度的作用。作为

29、反馈信号，达到调节速度的作用。第23页/共67页第二十四页，共67页。9.3 步进电动机步进电动机特点特点特点特点:(1):(1):(1):(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。(2)(2)(2)(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)(3)(3)(3)改变脉冲顺序改变脉冲顺序改变脉冲顺序改变脉冲顺序(shnx)(shnx)(shnx)(shnx)，可改变转，可改变转，可改变转，可改变转动方向。动方向。动方向。动方向。步进电机是利用

30、电磁铁的作用原理，将脉冲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冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。距离。由于由于由于由于(yuy)(yuy)(yuy)(yuy)步进电动机的这一工作职能正好符合步进电动机的这一工作职能正好符合步进电动机的这一工作职能正好符合步进电动机的这一工作职能正好符合数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工业及自数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工业及自数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工业及自数字控制系统要求，因此

31、它在数控机床、钟表工业及自动记录仪等方面都有很广泛的应用动记录仪等方面都有很广泛的应用动记录仪等方面都有很广泛的应用动记录仪等方面都有很广泛的应用第24页/共67页第二十五页，共67页。9.3 步进电动机步进电动机 区别在于励磁区别在于励磁(l c)(l c)式步进电机的转子上有励磁式步进电机的转子上有励磁(l(l c)c)线圈，依靠电磁转矩工作。反应式步进电机的转子上没线圈，依靠电磁转矩工作。反应式步进电机的转子上没有励磁有励磁(l c)(l c)线圈。依靠变化的的磁阻生成磁阻转矩工作。线圈。依靠变化的的磁阻生成磁阻转矩工作。反应式步进电机的应用最广泛，它有两相、三相、多相之分。反应式步进电

32、机的应用最广泛，它有两相、三相、多相之分。这里主要讨论三相反应式步进电动机的结构和工作原理。这里主要讨论三相反应式步进电动机的结构和工作原理。种类种类(zhngli)(zhngli)：励磁式和反应式两种。：励磁式和反应式两种。第25页/共67页第二十六页，共67页。下面以反应式步进电机为例说明步进电机的下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作结构和工作(gngzu)(gngzu)原理。原理。三相三相三相三相(sn xin)(sn xin)(sn xin)(sn xin)反应式步进电动机的原理结构图如下：反应式步进电动机的原理结构图如下：反应式步进电动机的原理结构图如下：反应式步进电动机

33、的原理结构图如下：ABCIAIBIC 定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组(roz)，每两个相对的绕组(roz)组成一相。采用Y连接，转子有四个齿。定子定子转子转子第26页/共67页第二十七页，共67页。1.1.1.1.工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)原理原理原理原理 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生(chnshng)切向力，而形成磁阻转矩，使转子转动。现以现以A B C A的通电顺序，使三相绕组的通电顺序，使三相绕组 轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。轮流通入直流电流，观察转子的运动情况。BCIAIBIC第

34、27页/共67页第二十八页，共67页。1.1.1.1.三相三相三相三相(sn xin)(sn xin)(sn xin)(sn xin)单三拍单三拍单三拍单三拍CABBCA3412 A相绕组通电，B、C相不通电。气隙产生以A-A为轴线的磁场，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，在此转矩的作用下，转子必然转到左图所示位置(wi zhi)：1、3齿与A、A极对齐。“三相三相三相三相”指三相步进电机；指三相步进电机；指三相步进电机；指三相步进电机；“单单单单”指每次只能一相绕组指每次只能一相绕组指每次只能一相绕组指每次只能一相绕组(roz)(roz)通电；通电；通电；通

35、电；“三拍三拍三拍三拍”指通电三次完成一个通电循环。指通电三次完成一个通电循环。指通电三次完成一个通电循环。指通电三次完成一个通电循环。第28页/共67页第二十九页，共67页。CABBCA3412 同理，同理，同理，同理，B B B B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30303030 角，角，角，角，2 2 2 2、4 4 4 4齿和齿和齿和齿和B B B B、B B B B 磁极磁极磁极磁极(cj)(cj)(cj)(cj)轴线对齐；当轴线对齐；当轴线对齐；当轴线对齐；当C C C C相通电时，转相通电时，转相通电时，转相通电时，转子子子子再转过

36、再转过再转过再转过30303030 角，角，角，角，1 1 1 1、3 3 3 3齿和齿和齿和齿和CCCC、C C C C磁极磁极磁极磁极(cj)(cj)(cj)(cj)轴线对齐。轴线对齐。轴线对齐。轴线对齐。1C342CABBA第29页/共67页第三十页，共67页。这种工作方式下，三个绕组这种工作方式下，三个绕组这种工作方式下，三个绕组这种工作方式下，三个绕组(roz)(roz)(roz)(roz)依次通电一依次通电一依次通电一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次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉次为一个循环周期，一个循

37、环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。冲，所以称为三相单三拍工作方式。冲，所以称为三相单三拍工作方式。冲，所以称为三相单三拍工作方式。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(q li)。每一拍转过30(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在空间旋转了360而转子转过90(一个齿距角)。2.2.三相三相三相三相(sn xin)(sn xin)六拍六拍六拍六拍 按按AAB B BC C CA的顺序给三相绕的顺序给三相绕组轮流通电。组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。这种方式可以获得更精确的控制特性。第30页/共67页第三十一页，共67页。CABB

38、CA3412CABBCA3412 A相通相通(xingtng)电，转子电，转子1、3齿与齿与A、A 对齐。对齐。A、B相同相同(xin tn)时通电，时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转齿，转子转过子转过15，到达左图所示，到达左图所示位置。位置。第31页/共67页第三十二页，共67页。CABBCA3412 B 相通相通(xingtng)电，转子电，转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐,又转又转过过15。3412CABBCA B、C相同时通电相同时通电(tng din)，C、C 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再转

39、过齿，转子再转过15。第32页/共67页第三十三页，共67页。三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循，每个循环周期分为环周期分为(fn wi)六拍。每拍转子转过六拍。每拍转子转过15（步距角），（步距角），一个通电循环周期一个通电循环周期(6拍拍)转子转过转子转过90(齿距角齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动与单三拍相比，六拍驱动(q dn)方式的步进角更方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。小，更适用于需要精确定位的控制系统中。3.3.三相三相三相三相(sn xin)(sn xin)双三拍双三拍双

40、三拍双三拍 按按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电电。每拍有两相绕组同时通电。第33页/共67页第三十四页，共67页。AB通电通电CABBCA3412BC通电通电3412CABBCACA通电通电CABBCA3412 与单三拍方式相似与单三拍方式相似(xin s)，双三拍驱动时，双三拍驱动时每个通电循每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过环周期也分为三拍。每拍转子转过30(步距角步距角)，一个通电循环周期一个通电循环周期(3拍拍)转子转过转子转过90(齿距角齿距角)。第34页/共67页第三十五页，共67页。从以上(yshng)对步进电机三种驱

41、动方式的分析可得步距角计算公式：步距角步距角Zr 转子齿数转子齿数m 每个通电循环周期的拍数每个通电循环周期的拍数 实用步进电机的步距角多为实用步进电机的步距角多为3 3 和和1.51.5 。为了。为了获得小步距角，电机的定子获得小步距角，电机的定子(dngz)(dngz)、转子都做成、转子都做成多齿的，如教材图多齿的，如教材图10.4.410.4.4所示。图中转子表面有所示。图中转子表面有4040个齿，个齿，第35页/共67页第三十六页，共67页。齿距角是齿距角是9 9；定子；定子(dngz)(dngz)仍是仍是 6 6个磁极，但每个磁极个磁极，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿。表面加

42、工有五个和转子一样的齿。步进电动机的应用步进电动机的应用步进电动机的应用步进电动机的应用(yngyng)(yngyng)(yngyng)(yngyng)非常广非常广非常广非常广泛，如各种数控泛，如各种数控泛，如各种数控泛，如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。机床、自动绘图仪、机器人等。机床、自动绘图仪、机器人等。机床、自动绘图仪、机器人等。应用应用(yngyng)(yngyng)：数控装置数控装置数控装置数控装置步进步进步进步进电动机电动机电动机电动机电位器电位器电位器电位器放大器放大器放大器放大器液压缸液压缸液压缸液压缸机械手机械手机械手机械手电液电液电液电液伺服阀伺服阀伺服阀伺服阀步进电

43、动机根据数控装置步进电动机根据数控装置发出的指令带动电位器的发出的指令带动电位器的动触电转动，使其偏离中动触电转动，使其偏离中点产生电位差，经放大后点产生电位差，经放大后控制伺服阀的开口量，压力油经阀口进入油缸，使机控制伺服阀的开口量，压力油经阀口进入油缸，使机械手按照存储在数控装置中的指令动作。械手按照存储在数控装置中的指令动作。第36页/共67页第三十七页，共67页。步进电机控制系统步进电机控制系统(kn zh x tn)原理原理主要解决主要解决(jiju)如下几个问题：如下几个问题：(1)用软件的方法实现脉冲序用软件的方法实现脉冲序列；列；(2)步进电机的方向控制；步进电机的方向控制；(

44、3)步进电机控制程序的设计。步进电机控制程序的设计。微机(wi j)控制技术第37页/共67页第三十八页，共67页。步进电机控制系统步进电机控制系统(kn zh x tn)原理原理 1脉冲序列的生成脉冲序列的生成(shn chn)图图 脉冲序列脉冲序列微机(wi j)控制技术P130P130第38页/共67页第三十九页，共67页。步进电机步进电机(dinj)控制系统原理控制系统原理 脉冲幅值脉冲幅值 由数字元件电平由数字元件电平决定。决定。TTL 0 TTL 0 5V 5V CMOS 0 CMOS 0 10V 10V 接通接通(ji tn)(ji tn)和断开时间和断开时间可用延时的办法控制。

45、可用延时的办法控制。要求：确保步进到位。要求：确保步进到位。微机(wi j)控制技术第39页/共67页第四十页，共67页。2方向控制方向控制 步进电机旋转方向与内部绕组的通电步进电机旋转方向与内部绕组的通电(tng din)顺序相关。顺序相关。三相步进电机有三种工作方式：三相步进电机有三种工作方式：单三拍，通电单三拍，通电(tng din)顺序为顺序为 ABC ；双三拍，双三拍，通电通电(tng din)顺序为顺序为 ABBCCA ；三相六拍，通电三相六拍，通电(tng din)顺序为顺序为 AABBBCCCA ；步进电机步进电机(dinj)控制系统原理控制系统原理微机(wi j)控制技术 改

46、变通电顺序可以改变步进电机的转向改变通电顺序可以改变步进电机的转向 第40页/共67页第四十一页，共67页。步进电机步进电机(dinj)控制系统原理控制系统原理3.3.步进电机步进电机步进电机步进电机(dinj)(dinj)通电模型的建立：通电模型的建立：通电模型的建立：通电模型的建立：（1 1）用微型机输出接口的每一位控制一相绕组，）用微型机输出接口的每一位控制一相绕组，）用微型机输出接口的每一位控制一相绕组，）用微型机输出接口的每一位控制一相绕组，【例如】用【例如】用【例如】用【例如】用 8255 8255 控制三相步进电机控制三相步进电机控制三相步进电机控制三相步进电机(dinj)(di

47、nj)时，时，时，时，可用可用可用可用 PC.O PC.O、PC.1PC.1、PC.2 PC.2 分别接至步进电机分别接至步进电机分别接至步进电机分别接至步进电机(dinj)(dinj)的的的的 A A、B B、C C 三相绕组。三相绕组。三相绕组。三相绕组。（2 2）根据所选定的步进电机）根据所选定的步进电机）根据所选定的步进电机）根据所选定的步进电机(dinj)(dinj)及控制方式，及控制方式，及控制方式，及控制方式，写出相应控制方写出相应控制方写出相应控制方写出相应控制方 式的数学模型。式的数学模型。式的数学模型。式的数学模型。上面讲的三种控制方式的数学模型分别为：上面讲的三种控制方式

48、的数学模型分别为：上面讲的三种控制方式的数学模型分别为：上面讲的三种控制方式的数学模型分别为：微机(wi j)控制技术第41页/共67页第四十二页，共67页。步进电机步进电机(dinj)控制系统原理控制系统原理 三相三相(sn xin(sn xin)单三拍单三拍步步 序序 控控 制制 位位 工工 作作 状状 态态 控控 制制 模模 型型 PC.7PC.6PC.5PC.4PC.3PC.2C相相 PC.1B相相 PC.0A相相 100000001A01H200000010B02H300000100C04H微机(wi j)控制技术第42页/共67页第四十三页，共67页。三相三相(sn xin(sn

49、xin)双三拍双三拍用用 P1 P1口口 的的 P1.2 P1.2、P1.1P1.1、P1.0 P1.0 对应 C C、B B、A A 相相 进行行(jnxng)(jnxng)控制控制 。第43页/共67页第四十四页，共67页。步进电机步进电机(dinj)控制系统原理控制系统原理 同理，可以得出双三拍和三相同理，可以得出双三拍和三相六拍的控制模型：六拍的控制模型：双三拍双三拍 03H，06H，05H 三相六拍三相六拍 01H，03H，02H，06H，04H，05H 以上以上(yshng)为步进电机正转时为步进电机正转时的控制顺序及数学模型，的控制顺序及数学模型，如按逆序进行控制，步进电机将如按

50、逆序进行控制，步进电机将向相反方向转动。向相反方向转动。微机(wi j)控制技术第44页/共67页第四十五页，共67页。步进电机与微型机的接口步进电机与微型机的接口(ji ku)及程序设计及程序设计 4.步进电机与微型机的接口电路（1）由于步进电机的驱动(q dn)电流较大，所以微型机与 步进电机的连接都需要专门的接口及驱动(q dn)电路。接口电路可以是锁存器，也可以是可编程接口芯片，如 8255、8155等。驱动(q dn)器可用大功率复合管，也可以是专门的驱动(q dn)器。光电隔离器，一是抗干扰，二是电隔离，微机(wi j)控制技术第45页/共67页第四十六页，共67页。步进电机与微型