单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,步进电机的原理与应用,步进电动机的工作原理与特点,原理,：,步进电机是利用电磁铁原理,将,脉冲信号,转换成,线位移或角位移,的电机。每来一个,电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移,动一小段距离。,特点,：,(1),来一个脉冲，转一个步距角。,(2),控制脉冲频率，可控制电机转速。,(3),改变脉冲顺序，改变转动方向。,(4),角位移量或线位移量与电脉冲数成正比,.,以反应式为例说明步进电机的结构和原理,通常按励磁方式分为三大类：,1,）,反应式,：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应用最广。,2,）,永磁式,：转子的极数,=,每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大。,3,）,感应子式,(,混合式,),：开小齿，混合反应式与永磁式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。,步进电机的种类,：,步进电动机结构,注意：,步进电机通的是直流电脉冲,.,步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成。,定、转子铁心由软磁材料或硅钢片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相等。,其中定子有六个磁极,定子,定子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，每两个相对的磁极为一相，组成一相控制绕组,转子上没有绕组。转子上相邻两齿间的夹角称为齿距角,工作方式,步进电机的工作方式可分为：,三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍,等,。,一、三相单三拍,（,1,）三相绕组联接方式：,Y,型,（,2,）三相绕组中的通电顺序为：,A,相,B,相,C,相,通电顺序也可以为：,A,相,C,相,B,相,（,3,）工作过程,被磁化，吸引转子，,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切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，,使转、定子的齿对齐停止转动。,A,相通电，,A,方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子,A,相通电使转子,1,、,3,齿和,AA,对齐。,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,B,相通电，转子,2,、,4,齿和,B,相轴线对齐，相对,A,相通电位置转,30,；,1,C,3,4,2,C,A,B,B,A,C,相通电再转,30,这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。,三相单三拍的特点：,（,1,）每来一个电脉冲，转子转过,30,。此角称为步距角，用,S,表示。,（,2,）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。,二、三相单双六拍,三相绕组的通电顺序为：,A,AB,B,BC,C,CA,A,共六拍。,工作过程：,A,相通电，,转子,1,、,3,齿和,A,相对齐。,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对,AA,通电，转子转了,15,。,（,1,）,BB,磁场对,2,、,4,齿有磁拉力，该拉力使,转子顺时针方向转动。,A,、,B,相同时通电,（,2,）,AA,磁场继续对,1,、,3,齿有拉力。,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为,15,。,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,B,相通电，,转子,2,、,4,齿和,B,相对齐，又转了,15,。,三、三相双三拍,三相绕组的通电顺序为：,AB,BC,CA,AB,共三拍。,AB,通电,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,BC,通电,以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。,工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转,30,，即,S,=30,。,CA,通电,C,A,B,B,C,A,3,4,1,2,步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为,步距角,。,N:,一个周期的运行拍数,即,通电状态循环一周需要改变的次数,Z,r,：,转子齿数,如：,Z,r,=40,N,=3,时,步距角,拍数：,N=km,k=,1,单拍制,2,双拍制,m:,相数,转速,每输入一个脉冲，电机转过,即转过整个圆周的,1/(Z,r,N,）,也就是,1/(Z,r,N,）,转,因此每分钟转过的圆周数，即转速为,步距角一定时，通电状态的切换频率越高，即脉冲频率越高时，步进电动机的转速越高。脉冲频率一定时，步距角越大、即转子旋转一周所需的脉冲数越少时，步进电动机的转速越高。,步进电机的矩频特性,步进电动机的输出转矩与控制脉冲频率之间的关系称为矩频特性,步进电动机矩频特性,特点：,下降曲线。以最大负载转矩（启动转矩）,T,q,为起点，随着控制脉冲频率增加，步进电动机的转速逐步升高、而带负载能力却下降,步进电动机的驱动,步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成。,步进驱动器与电机的接线,在步进驱动模块面板的,24V,和,0V,端子引入,DC 24V,电源。,驱动器的输入信号为,CP+,、,CP-,和,DIR+,、,DIR-,，参见下图。,在外部接成共阳方式：把,CP+,和,DIR+,接在一起作为共阳端，由电气箱中,PLC,的,Y0,端子输出脉冲信号，脉冲信号接入,CP-,端，方向信号接入,DIR-,端。,步进驱动器与电机的接线,当,CP+,和,DIR+,输入,+24V,时，在脉冲信号接入端,CP-,，方向信号接入端,DIR-,分别接入,2K,限流电阻（本模块已在内部接入,2K,电阻）。分别把电机的,A,相、,B,相接入驱动器的,A,相、,B,相输出端。,步进电动机的驱动,小结,1,、步进电动机可以将电脉冲信号转换为 角位移或线位移。,2,、其步距角和转速不受电压波动、负载变化、温度变化等因素的影响,3,、精度很高且其误差不会积累，常用于要求较高的自动控制系统中。,