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文檔簡介
第五章步進(jìn)電機(jī)第一頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四第一節(jié)概述特點(diǎn):
(1)來一個(gè)脈沖,轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。
(2)控制脈沖頻率,可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。
(3)改變脈沖順序,可改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。
步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵的作用原理,將脈沖信號轉(zhuǎn)換為線位移或角位移的電機(jī)。每來一個(gè)電脈沖,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度,帶動(dòng)機(jī)械移動(dòng)一小段距離。
區(qū)別在于勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上有勵(lì)磁線圈,反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子上沒有勵(lì)磁線圈。種類:勵(lì)磁式和反應(yīng)式兩種。第二頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖如下:ABCIAIBIC
定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)磁極,磁極上有勵(lì)磁繞組,每兩個(gè)相對的繞組組成一相。轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒。定子轉(zhuǎn)子第二節(jié)結(jié)構(gòu)和工作原理第三頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四1.三相單三拍CA'BB'C'A3412
A相繞組通電,B、C相不通電。由于在磁場作用下,轉(zhuǎn)子總是力圖旋轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置,故在這種情況下,轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置:1、3齒與A、A′極對齊。動(dòng)畫第四頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四CA'BB'C'A3412
同理,B相通電時(shí),轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過30角,2、4齒和B、B′
磁極軸線對齊;當(dāng)C相通電時(shí),轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過30角,1、3齒和C′、C磁極軸線對齊。1C'342CA'BB'A第五頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四
這種工作方式下,三個(gè)繞組依次通電一次為一個(gè)循環(huán)周期,一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)工作脈沖,所以稱為三相單三拍工作方式。
按ABCA……的順序給三相繞組輪流通電,轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來。每一拍轉(zhuǎn)過30°(步距角),每個(gè)通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)過90°(一個(gè)齒距角)。2.三相六拍按AABBBCC
CA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。第六頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412
A相通電,轉(zhuǎn)子1、3齒與A、A'對齊。
A、B相同時(shí)通電,A、A'磁極拉住1、3齒,B、B'磁極拉住2、4齒,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15,到達(dá)左圖所示位置。第七頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四CA'BB'C'A3412
B相通電,轉(zhuǎn)子2、4齒與B、B′對齊,又轉(zhuǎn)過15。3412CA'BB'C'AB、C相同時(shí)通電,C'、C
磁極拉住1、3齒,B、B'磁極拉住2、4齒,轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15。第八頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周期如下:AABBBCC
CA,每個(gè)循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15(步距角),一個(gè)通電循環(huán)周期(6拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。與單三拍相比,六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更小,更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。3.三相雙三拍按ABBCCA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電。第九頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四AB通電CA'BB'C'A3412BC通電3412CA'BB'C'ACA通電CA'BB'C'A3412與單三拍方式相似,雙三拍驅(qū)動(dòng)時(shí)每個(gè)通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30(步距角),一個(gè)通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。第十頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四
從以上對步進(jìn)電機(jī)三種驅(qū)動(dòng)方式的分析可得步距角計(jì)算公式:—步距角Zr
—轉(zhuǎn)子齒數(shù)m—每個(gè)通電循環(huán)周期的拍數(shù)實(shí)用步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3和1.5
。為了獲得小步距角,電機(jī)的定子、轉(zhuǎn)子都做成多齒的,如教材圖10.4.4所示。圖中轉(zhuǎn)子表面有40個(gè)齒,第十一頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四齒距角是9;定子仍是6個(gè)磁極,但每個(gè)磁極表面加工有五個(gè)和轉(zhuǎn)子一樣的齒。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用非常廣泛,如各種數(shù)控機(jī)床、自動(dòng)繪圖儀、機(jī)器人等。應(yīng)用:第十二頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四一、運(yùn)行特性及影響因素基本特點(diǎn)工作時(shí)的步數(shù)或轉(zhuǎn)速(角度控制或速度控制)只與控制脈沖同步,而與電壓、負(fù)載、溫度、沖擊(環(huán)境條件)等因素?zé)o關(guān)。按控制要求進(jìn)行啟動(dòng)、停止、反轉(zhuǎn)或改變速度。應(yīng)用廣泛(在數(shù)字控制系統(tǒng)中)。第三節(jié)運(yùn)行特性第十三頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四2.矩角特性——反映步進(jìn)電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)距T隨偏轉(zhuǎn)角變化的關(guān)系。初始平衡位置——定子一相繞組通電,轉(zhuǎn)子無負(fù)載轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子齒與通電相磁極上小齒對齊。轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)角(空間角)——轉(zhuǎn)子齒偏離初始平衡位置的角度(轉(zhuǎn)子有負(fù)載作用,電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡)。電角度——空間角度的Z倍,即。矩角特性曲線。第十四頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四
近似一條正弦曲線。
時(shí),T達(dá)到最大靜轉(zhuǎn)矩(定、轉(zhuǎn)子齒錯(cuò)開1/4齒距)。
反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶負(fù)載的能力(負(fù)載轉(zhuǎn)矩=(0.3~0.5)
)?!胺€(wěn)定運(yùn)行”第十五頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四3.脈沖信號頻率對運(yùn)行的影響(a)頻率很低(接近矩形波);(b)頻率增高(波形畸變);(c)頻率很高(I下降到I/)。
故過高使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)①啟動(dòng)不起來;②運(yùn)行時(shí)失步而停下。第十六頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四4.轉(zhuǎn)子機(jī)械慣性對運(yùn)行的影響受機(jī)械慣性作用,在啟動(dòng)階段,轉(zhuǎn)子落后于應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度,一般會(huì)跟上來,嚴(yán)重()時(shí)會(huì)啟動(dòng)不起來。在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),因慣性作用,經(jīng)過幾次振蕩后才停下來,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起失步。措施:采用阻尼方法,消除或減弱步進(jìn)電機(jī)的振蕩。第十七頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四二、主要性能指標(biāo)和注意事項(xiàng)主要性能指標(biāo)1)步距角——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要性能指標(biāo)之一,它直接影響啟動(dòng)和運(yùn)行頻率。式中:——傳動(dòng)比;——負(fù)載軸要求的最小位移增量(或稱脈沖當(dāng)量)。2)最大靜轉(zhuǎn)矩
式中:——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩;——最大靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩。通常取。第十八頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四3)空載啟動(dòng)頻率——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在空載情況下,不失步啟動(dòng)所允許的最高頻率。在負(fù)載情況下,不失步啟動(dòng)所允許的最高頻率隨負(fù)載的增加而顯著下降。4)連續(xù)運(yùn)行頻率——當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率連續(xù)上升時(shí),電動(dòng)機(jī)不失步運(yùn)行的最高頻率。
矩頻特性是指在連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)下,步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電磁力矩隨頻率的升高而急劇下降的特性。注:與負(fù)載有關(guān);在同樣負(fù)載下,。第十九頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四5)精度——用一周內(nèi)最大的步距角誤差值表示。步距精度式中:——負(fù)載軸上所允許的角度誤差。6)輸入電壓U、輸入電流I和相數(shù)m三項(xiàng)指標(biāo)與驅(qū)動(dòng)電源有關(guān)。第二十頁,共二十二頁,編輯于2023年,星期四2.注意事項(xiàng)驅(qū)動(dòng)電源的優(yōu)劣對控制系統(tǒng)的運(yùn)行影響極大。若負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大,則在低頻
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