电机与控制4课件

优点：用于位置与速度控制最简单，且没有累积误差。第四章步进电动机传动控制系统缺点：功率小（如几百瓦以下），伺服精度不很高。步进电动机输入一个步进脉冲则转动一定角度，称为步距角β，常用于打印机、数码相机、经济型数控机床的进给伺服系统等。（P92）§4.1步进电动机1.结构特点一.三相步进电动机结构与工作原理定子绕组：三相A、B、C，为3个独立绕组，用于产生旋转磁场。转子采用软磁性材料，称为反应式（VR）：

步距角小、电流较大、效率较低。步进电机工作原理就是电磁铁的工作原理采用永久磁铁，称为永磁式（PM）：步距角大、电流较小、效率较高。采用软磁性材料+永久磁铁，称为混合式(HB):步距角小、电流较小、效率较高、价格较高。ABC定子6个齿，转子齿4个、6个……2.三相反应式步进电机工作原理当A相定子齿与转子齿对齐时，B相定子齿与转子齿顺时针方向错开1/3转子齿距角τ(图中30)，C相定子齿与转子齿逆时针方向错开1/3转子齿距角τ(30)CA'BB'C'A3412通电相序：定子各相绕组的通电顺序，如A→B→C→A(单三拍)A相绕组通电时，转子齿1与A相定子齿对齐B相绕组通电时，转子齿2与B相定子齿近，吸引对齐，转子顺时针转30，即步距角β=30C相绕组通电时，转子齿3与C相定子齿近，吸引对齐，顺转β=30CA'BB'C'A34121C'342CA'BB'A一个通电循环（这里为3步，称3拍），转子转1个齿。双三拍ABBCCAAB：步距角β=30二.小步距角步进电机转子开许多小齿，定子开同样的小齿以便吸引转子齿，对于三相步进电机，当A相定子齿与转子齿对齐时，B相定子齿与转子齿顺时针方向错开1/3转子齿距角τ，对于五相步进电机则错开1/5转子齿距角τ通电相序A→B→C→A一个循环，转子转1个齿，p为拍数，m为相数，K=1（单三拍、双三拍），K=2（单双六拍）设转子齿数为Z，则转子齿距角步距角例.某五相步进电机按五相十拍方式运行，转子齿数Z=40，求步距角β;当步进脉冲频率f=120Hz时，求电机转速n解：转子齿距角步距角三.步进电机的主要特性1.主要特性①矩角特性（电磁转矩T与偏转角θ(或电角度)间的关系）当转子齿与定子齿对齐时，偏转角θ=0，电磁转矩T=0，当转子齿与定子齿偏离1/4齿(即电角度)时，T达最大静转矩Tsmax）为使电机运转可靠，负载转矩只能为30~50%Tsmax②启动惯频特性启动频率(突跳频率)：在负载转矩为零的条件下启动，不失步地进入正常运行状态所允许的最高启动频率，主要受限于转子及传动机构的惯量。③运行频率特性连续运行频率：电机不失步地运行的最高频率，主要受限于绕组电流上升、下降速度；电机加速时不能使频率增加过快。④矩频特性矩频特性指在正常运行情况下最大输出转矩与步进脉冲频率间的关系，主要受限于绕组电流上升、下降速度。2.性能指标①步距角β②精度：步距误差最大值或步距累积误差最大值。(P97)§4.2环形分配器（P318）二.环形分配器一.步进电机驱动系统框图环形分配器功率放大器步进电机A相(mA级)B相(mA级)C相(mA级)A相(A级)B相(A级)C相(A级)步进脉冲通电相序环形分配器：用于将步进脉冲转换成通电相序。1.用触发器等构造：可靠性不高2.用专用集成电路，如CH250，L297，PM03等，方便3.用单片机编程实现：方便，成本低。用8051单片机P1口8个引脚P1.0~P1.7中的3个即可8051CBAP1.0P1.2P1.1通电相序：AABBBCC

CAAP1口赋值(2进制)：001011010110100101001P1口赋值(16进制)：01H03H02H06H04H05H01H编程：MOVDPTR,#TAB MOVA,#03HMOVCA,@A+DPTRMOVP1,A……TAB:DB01H,03H,02H,06H,04H,05HP1=06H1.步进电机驱动的特点①各相定子绕组工作在脉冲供电方式下②各相绕组有较大电感，阻碍电流变化理想绕组电流I：实际电流I：故步进电机高速（高频）性能差，需改进驱动电路，使绕组电流尽可能上升快、下降快，如斩波恒流驱动。§4.3功率放大电路当t=3T时，电流I会达到稳态值的95%；t=4T时，电流I达到稳态值的98.2%，故时间常数T越小越好。L,rR3ΩI+UVTVT导通，电压U立即加到绕组上，但电流I只能逐渐增大，规律如下图红线所示：时间常数绕组电感L大，而内阻r小，不串电阻R则T大，串R则T大大减小，电流上升、下降速度大大加快，电机性能明显提高。RDL,rRV3ΩIC+UVT电容C在VT导通瞬间能进一步加快电流I上升速度。VT关断时必须让绕组续流，磁场能（电流）逐渐释放，否则会产生数千伏反电势烧坏电路。RDRVI+UI续流电路特点：简单，电流上升速度加快，效率低，用于小电机。3.高低压切换型驱动电路

特点：电流上升速度大大提高，启动力矩大，高频（高速）性能大大提高，效率高。先用高压给绕组供电,V2将低压隔离，电流上升极大加快(如几十倍),短时后关VT2,低压给绕组供电得正常电流。R浪费能量，应去掉高压前置放大低压前置放大控制门整形U1U1V2U2V1VT1RDVT2LRe图6-14恒流斩波驱动电路原理图输入4.斩波恒流驱动电路

通过采样电阻Re测绕组电流I，I≥Imax则关高压管VT1，低压给绕组供电，电流下降；I≤Imin则开VT1，高压给绕组供电，电流上升，使电流基本恒定。RD浪费能量，应去掉特点：电流上升速度大大提高，启动力矩大，高频（高速）性能大大提高，效率高，可灵活控制