,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章 步进电机,第七章 步进电机,1,一、步进电机的概述,1、定义,步,进电机,是将电,脉冲,信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。,一、步进电机的概述1、定义,2,特点,在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个,步距角,。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。,特点,3,虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，,交流电机,在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。,因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。,虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机,4,二、步进控制系统的组成,1、主要由以下三部分组成,1）、控制器（plc mcu 定位控制模块）,2）、步进驱动器,3）、步进电机和工作台,二、步进控制系统的组成1、主要由以下三部分组成,5,外观图,步进电机,步进驱动器,步进电机步进驱动器,6,2、硬件接线,1、步进电机、步进驱动器和plc间的硬件接线,步进电机、步进驱动器和plc间的硬件接线,2、硬件接线1、步进电机、步进驱动器和plc间的硬件接线,7,三、步进电机工作原理,步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，点击的转速、停止的位置只取决于控制脉冲信号的频率和脉冲数.,脉冲数越多，电机转动的角度越大；,脉冲的频率越高，点击转速越快，但不能超过最高频率，否则点击的力矩迅速减小，电机不转。,三、步进电机工作原理 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移,8,分类方式,具体类型,按力矩产生的原理,反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行,激磁式：定、转子均有激磁绕组（或转子用永久磁钢），由电磁力矩实现步进运行。,按输出力矩大小,伺服式：输出力矩在百分之几至十分之几（N.m），只能驱动较小的负载，要与液压扭矩放大器配用，才能驱动机床工作台等较大的负载。,功率式：输出力矩在550（N.m）以上，可以直接驱动机床工作台等较大的负载。,按定子数,1）单定子式,2）双定子式 3）三定子式 4)多定子式,按各种绕组分布,径向分布式：电机各相按圆周依次排列,轴向分布式：电机各相按轴向依次排列,分类方式具体类型按力矩产生的原理反应式：转子无绕组，由被激磁,9,第7章-步进电机课件,10,步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。,当某相定子励磁后，它吸引转子，转子的齿与该相定子磁极上的齿对齐，转子转动一个角度，换一相得电时，转子又转动一个角度。如此每相不停地轮流通电，转子不停地转动。,步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。,11,第7章-步进电机课件,12,上述控制方式三相单三拍，得电顺序是A,B,C,A,电机逆时针转动,上述控制方式三相单三拍，得电顺序是A,C,B,A,电机顺时针转动,所以电机运行的方向和通电的相序有关，改变通电的相序，电机的运行方向也就改变。,上述控制方式三相单三拍，得电顺序是ABCA,电机逆时针,13,1:上述介绍的是三相单三拍的工作过程，除此之外还有三相双三拍，三相六拍等工作方式。双相双三拍得电方式同事两相绕组通电：如AB,BC,CA,AB,三相六拍的控制方式是：A,AB,B,BC,C,CA,A,2:电机的转速和相序切换的频率有关，切换得越快，电机转动的越快。电机转动的方向和相序有关。,1:上述介绍的是三相单三拍的工作过程，除此之外还有三相双三拍,14,3:电机每拍转动的角度，称步距角，步 距角和电机的结构有关。,其中m=定子绕组的相数，z=转子齿数，k为通电方式，当是m相m拍时，k=1；,当是m相2m拍时，k=2.如上例中，m=3，z=4，k=1.,=360/(3x4x1)=30,3:电机每拍转动的角度，称步距角，步 距角和电机的结构有,15,四、步进驱动器原理,从步进电机的转出原理可以得出，要使步进电机正常运行，必须按规律控制步进电机的每一相绕组得电。步进驱动器接受外部的信号是方向信号DIR脉冲信号CP。另外步进电机在停止时，通常有一相得电，电机的转子被锁住，所以当需要转子松开时，可以使用脱机信号FREE.,四、步进驱动器原理 从步进电机的转出原理可以得出，要使步进电,16,第7章-步进电机课件,17,环型分配器的功能：,环型分配器的功能是把外部cp段送进的脉冲进行分配，给功率放大器，功率放大器相应相得晶体管导通，步进电机的线圈得电。,环型分配器的功能：,18,步进电机、步进驱动器和plc间的连接,步进电机、步进驱动器和plc间的连接,19,五、步进驱动器有关细分的设置,什么叫细分？,为了提高步进电动机的精度，现在的步进驱动器都有细分的功能，所谓细分，就是通过驱动器中电路的方法把步距角减小。,五、步进驱动器有关细分的设置什么叫细分？,20,比如把步进驱动器设置成5细分，假设原来步距角1.8，那么设成5细分后，步距角就是0.36。也就是说原来一步可以走完的，设置成细分后需要走5步。,比如把步进驱动器设置成5细分，假设原来步距角1.8，那么设,21,步进驱动脉冲的频率和输出转矩的关系,当输出频率超过步进电机的最高频率的时候，输出转矩会急速下降。,步进驱动脉冲的频率和输出转矩的关系,22,步进驱动器细分的设置方法,步进驱动器细分的设置方法,23,DIP开关功能与细分设置表,DIP开关功能与细分设置表,24,第7章-步进电机课件,25,六、应用案例分析,例一：控制步进电机转动规定的角度,利用plc作为上位机，控制步进电动机按一定的角度旋转。,现有步进电机，步距角是1.8要求设置4细分，电机的额定电流是2.2安,控制要求：,1）利用plc控制步进电机顺时针转2周，停5s，逆时针转1周，停2s，如此循环进行，按下停止按钮，电机马上停止（电机的轴锁住）。,2）要求用静态电流半流控制步进电机。,3）按下脱机按钮，电机的轴松开。,六、应用案例分析例一：控制步进电机转动规定的角度,26,解题过程：,1)硬件接线,解题过程：,27,2)I/O定义：,x0,启动，x1,停止，x2,脱机；,y0,脉冲输出，y1,控制方向，y2,脱机控制,2)I/O定义：,28,3)设置细分和电流（DIP）通过上表可设置：,3)设置细分和电流（DIP）通过上表可设置：,29,4)编写控制程序:,分析：,在没有设置细分时，步距角是1.8，也就是200脉冲/转。设置成4细分后，则是800脉冲/转。,控制程序可以用步进指令编写，用plsy指令产生脉冲，脉冲用y0输出，y1控制方向,4)编写控制程序:,30,画出状态功能图,画出状态功能图,31,编写梯形图：,丢步的两个原因：1：负载过高 2：驱动频率过高,所以在设置脉冲值的时候，不应给太高的值。,编写梯形图：,32,第7章-步进电机课件,33,第7章-步进电机课件,34,例二：在某系统中，要求对某种成圈的线材按固定裁开，裁剪的长度可以通过数字开关设置（099mm），切刀的时间是1s。试设计这一系统。滚轴的周长是50mm。,例二：在某系统中，要求对某种成圈的线材按固定裁开，裁剪的长度,35,解题过程：,1）步进电机的选择。,步进电机的选择主要考虑两方面：,一是：电机的功率。要求能拖动负载，在本系统中，要把成圈的线材拖动，决定于电机的工作电流，工作电流越大，功率就越大。,二是：要选电机的步距角。但是如果选择带细分功能的驱动器，步距角就没有多大的意义，因为通过细分可以改变步距角。,解题过程：,36,所以主要考虑的是电机的功率。,我们选择两相步进电机，步距角是1.8，设置为5细分，所以电机旋转一周1000个脉冲，每个脉冲0.05mm。,所以主要考虑的是电机的功率。,37,2）plc的选择,我们可以选择fx1n或fx2系列的plc，但,必须是晶体管式,.,我们选择fx2n系列的plc根据系统接线，y0输出脉冲，y1控制方向，y3脱机信号，y4切刀信号。,数字开关接在x0 x7。启动按钮是x10，停止按钮是x11，脱机按钮式x12。,2）plc的选择,38,3）plc控制程序设计,3）plc控制程序设计,39,4）编写梯形图,4）编写梯形图,40,第7章-步进电机课件,41,作业,作业,42,