步进电机及驱动控制系统.ppt

# 步进电动机是一种把电脉冲信号转换成角位移的电机。其转子的转角与输入的脉冲数成比，转子的转速与脉冲的频率成正比，转向取决于步进电机的各相通电顺序。并且保持电机各相通电状态就能使电机自锁。 但由于该系统没有反馈检测环节，其精度主要由步进电机来决定，速度也受到步进电机性能的限制。 （1）按定子独立绕组数分 两相、三相、四相、五相、六相步进电机。 步进电动机的相数：指定子上的独立绕组数。 （2）按转子性质分 反应式—转子无励磁（无绕组）、也非永磁铁。 永磁式—转子常为永久磁铁。 步距角α=3600/mZk 式中： m——定子相数 Z——转子齿数 k——整步或半步系数（整步为1、半步为2） 例如：图a中，m=3,Z=4,假如k=1，则α=3600/（3*4*1）=300 图b中，m=3,Z=40,假如k=1，则α=3600（3*40*1）=30 3、步进电机的工作原理 我们以步进电机的简化结构（即定子没有分齿，转子上有4个齿）为例，分析步进电机的三种工作方式，继而认识步进电机的工作原理。 步进电机的三种工作方式：三相单三拍、三相双三拍、三相单双六拍。 单：每次只给一相绕组通电。 双：每次给两相绕组通电。 拍：从一种通电状态变为另一种通电状态，称为一拍。 （1）三相单三拍 （2）三相双三拍 1）通电顺序UV→VW→WU→UV顺序通电为正转（顺时针），反之为反转（逆时针）； 2）当UV相绕组通电时，1、4齿U、V对齐，当换成VW相通电时，因为原来(a)图上的3、4齿距VW相主磁极近，所以3、4齿顺时针转动一个步距角300后，3、4齿与VW相主磁极对齐。 3）由于双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持一相绕组通电，所以工作比较稳定。 4、步进电机的特点 （1）硬分配 脉冲分配器的输入、输出信号一般均为TTL电平，输出A、B、C信号变为高电平则表示相应的绕组通电，低电平则表示相应的绕组失电；CP为数控装置发出的一串脉冲信号，每一个脉冲信号的上升或下降沿到来时，则改变一次绕组的通电状态；DIR为数控装置发出的方向信号，其电平的高低即对应电动机绕组通电顺序的改变，即步进电动机的正、反转，FULL／HALF用于控制电动机的整步(对三相步进电动机即为三拍运行)或半步(对三相步进电动机即为六拍运行)。实用的环形分配器是集成化的专业电路芯片，这些芯片中通常包括环形分配器和功率放大等。 （2）软分配 软分配直接由数控装置中的控制软件实现脉冲分配，驱动装置只进行功率放大。 常用的是查表法。例如三相六拍工作方式，如果在A、B、C接口依次输出100 → 110 → 010 → 011 → 001 → 101 → 100- - - 步进电机正转，反之反转。 2、驱动放大电路 驱动放大电路常使用单电压驱动、高低压切换驱动、恒流斩波驱动、调频调压等驱动电路，所采用的功率半导体元件可以是大功率晶体管GTR，也可以是功率场效应管MOSFET。GTR一种工作于导通和截止两种状态的功率三极管，具有控制方便，开关时间短，高频特性好，通态压降低等优点；MOSFET开关时间很短，工作频率可达30kHz以上。 （1）高低压切换驱动电路 这种电路的特点是步进电动机的绕组每次通电时，首先接通高压，以保证电流以较快的速度上升，然后改由低压供电，维持绕组中的电流为额定值。 （2）恒流斩波驱动电路 这种驱动电源的控制原理是随时检测绕组的电流值，当绕组电流值下降到下限设定值时，使功率管导通，绕组电流上升；当绕组电流上升到上限设定值时，关断功率管，绕组电流下降。这样，在一个步进周期内，功率管多次通断，使绕组电流在上、下限之间波动，接近恒定值，提高了绕组电流的平均值，有效地抑制了电动机输出转矩的降低。 * ■ 项目6 数控机床的进给伺服系统 项目6 数控机床的伺服驱动系统 1.调速范围要宽 2.精度要高 3.响应要快 4.低速大转矩 5.稳定性要好，可靠性要高。 一．数控机床对伺服系统的要求 二．伺服驱动系统的分类 进给伺服驱动系统 主轴伺服驱动系统 直流电动机的晶闸管驱动控制 直流电动机的PWM驱动控制 无刷直流电动机的驱动控制 交流永磁同步电动机的驱动控制 直流电动机的晶闸管驱动控制 步进电动机的驱动控制 三相交流异步电动机的驱动控制 任务6.1 步进电机及其驱动控制系统 一、步进电机 工作台 驱动控制线路 开环控制系统简图 指令脉冲 步进电机 齿轮箱 步进电机通常构成开环控制系统，在精度要求不高的经济型数控机床或普通机床的数控改造中比较常见。 1、步进电动机分类 2、三相反应式步进电机结构 定子上有六个磁极，每个磁极上绕有励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相，分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由带齿的铁心做成的。步进电机是按电磁吸引的原理进