步进电机及其工作原理和程序设计.ppt
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1、步进电机的工作原理及其控制小组成员:丁兆峰 韦光湖 王鸿源 袁齐全 陈玉灵一步进电机的机构二步进电机的工作原理三步进电机控制系统原理四脉冲产生与方向控制五控制接口与程序设计概览一、步进电机的结构步进电机外形结构常见步进电机外形构造 步进电机内部结构举例举例举例举例单段反应式步进电机的内部结构单段反应式步进电机的内部结构单段反应式步进电机的内部结构单段反应式步进电机的内部结构反应式步进电机的内部结构横剖面示意图反应式步进电机的内部结构横剖面示意图反应式步进电机的内部结构横剖面示意图反应式步进电机的内部结构横剖面示意图 转子转子定子绕组定子绕组定子定子磁磁极极步进电机分类通常按励磁方式分为三大类:
2、1 1 1 1)反反应应式式:转转子子为为软软磁磁材材料料,无无绕绕组组,定定、转转子子开开小小齿齿、步步距距小小。应应用最广。用最广。2 2 2 2)永永磁磁式式:转转子子为为永永磁磁材材料料,转转子子的的极极数数=每每相相定定子子极极数数,不不开开小小齿齿,步距角较大,力矩较大步距角较大,力矩较大 3 3 3 3)感感应应子子式式(混混合合式式):转转子子为为永永磁磁式式、两两段段,开开小小齿齿,混混合合反反应应式式与与永永磁磁式式优优点点:转转矩矩大大、动动态态性性能能好好、步步距距角角小小。但但结结构构复复杂杂,成成本本较高较高。下面以下面以下面以下面以单段反应式步进电机单段反应式步进
3、电机单段反应式步进电机单段反应式步进电机为例来介绍步进电机的工作原理为例来介绍步进电机的工作原理为例来介绍步进电机的工作原理为例来介绍步进电机的工作原理二、步进电机的工作原理图图440 440 步进电机原理图步进电机原理图(P143P143)步距角定义定义定义定义:步进电机的定子绕组每改变一次通电状态,转子转过步进电机的定子绕组每改变一次通电状态,转子转过步进电机的定子绕组每改变一次通电状态,转子转过步进电机的定子绕组每改变一次通电状态,转子转过的角度称步距角。的角度称步距角。的角度称步距角。的角度称步距角。转子齿数越多,步距角转子齿数越多,步距角转子齿数越多,步距角转子齿数越多,步距角 越小
4、越小越小越小 定子相数越多,步距角定子相数越多,步距角定子相数越多,步距角定子相数越多,步距角 越小越小越小越小 通电方式的节拍越多,步距角通电方式的节拍越多,步距角通电方式的节拍越多,步距角通电方式的节拍越多,步距角 越小越小越小越小式中:式中:式中:式中:mm 定子相数定子相数定子相数定子相数 Z Z 转子齿数转子齿数转子齿数转子齿数 C C 通电方式通电方式通电方式通电方式 C=1C=1 单相轮流通电、双相轮流通电方式单相轮流通电、双相轮流通电方式单相轮流通电、双相轮流通电方式单相轮流通电、双相轮流通电方式 C=2C=2 单、双相轮流通电方式单、双相轮流通电方式单、双相轮流通电方式单、双
5、相轮流通电方式计算公式计算公式计算公式计算公式:常用步进电机的步距角常用步进电机的步距角常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是常用步进电机的定子绕组多数是三相三相和和五相五相,与此相与此相匹配的转子齿数分别为匹配的转子齿数分别为4040齿齿和和4848齿齿,即有,即有三相步进电机:三相步进电机:五相步进电机:五相步进电机:单相轮流通电单相轮流通电单相轮流通电单相轮流通电(MM相单相单相单相单MM拍)拍)拍)拍)顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮回 ABCAABCA 逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回 ACBAACBA 双相轮流通电双相轮流通电双相轮流通电双相轮流通电(MM
6、相双相双相双相双MM拍)拍)拍)拍)顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮回 ABBCCAABABBCCAAB 逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回 BAACCBBABAACCBBA单双相轮流通电单双相轮流通电单双相轮流通电单双相轮流通电(MM相相相相2M2M拍)拍)拍)拍)顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮回顺时针轮回 AABBBCCCAAAABBBCCCAA 逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回逆时针轮回 AACCCBBBAAAACCCBBBAA单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 定子的通电方式定子的通电方式定子的通电方
7、式定子的通电方式 单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿两转子齿定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序:ABCA ABCA转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:顺时针顺时针顺时针顺时针步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿两转子齿定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序:ACBA ACBA转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:逆时针逆时针逆时针逆时针步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿两转子齿
8、定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序:ABBCCAAB ABBCCAAB转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:顺时针顺时针顺时针顺时针步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿两转子齿定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序:BAACCBBA BAACCBBA转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:逆时针逆时针逆时针逆时针步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿两转子齿定子通电顺序:定子通电顺序:定子通电顺序:定子通电顺序:AA
9、BBBCCCAA AABBBCCCAA 转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:顺时针顺时针顺时针顺时针 步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿两转子齿定子通电顺序:定子通电顺序:定子通电顺序:定子通电顺序:AACCCBBBAAAACCCBBBAA 转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:逆时针逆时针逆时针逆时针 步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿四转子齿定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序:ABCA ABCA转子旋转方向:转子
10、旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:逆时针逆时针逆时针逆时针步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿四转子齿定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序:ACBA ACBA转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:顺时针顺时针顺时针顺时针步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿四转子齿定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序:ABBCCAAB ABBCCAAB转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:逆时针逆时针逆时针逆时针步距角:步距角
11、:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿四转子齿定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序定子通电顺序:BAACCBBA BAACCBBA转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:顺时针顺时针顺时针顺时针步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿四转子齿定子通电顺序:定子通电顺序:定子通电顺序:定子通电顺序:AABBBCCCAAAABBBCCCAA转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:逆时针逆时针逆时针逆时针 步距角:步距角:步距角:步距角:单段反应式步进电机的工作原理
12、单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿四转子齿定子通电顺序:定子通电顺序:定子通电顺序:定子通电顺序:AACCCBBBAAAACCCBBBAA 转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:转子旋转方向:顺时针顺时针顺时针顺时针 步距角:步距角:步距角:步距角:转子转动的原因分析步进电机的实际结构转子转动的原因分析 步进电机的转子上没有绕组,而是由40个矩形小齿均匀分布在圆周上,相邻两齿之间的夹角为9度。当某相绕组通电时,对应的磁极就会产生磁场,并与转子形成磁路。若此时定子的小齿与转子的小齿没有对齐,则在磁场的作用下,转子转动一定的角度,使转子齿和定子齿对齐。由此可见,错齿是促使步进电机旋转的根本
13、原因。例如,在单三拍控制方式中,假如A相同点,B、C相不通电,在磁场的作用下使转子齿和A相的定子齿对齐。若以此为初始状态,设与A相磁极中心对齐的转子齿为0号齿,由于B相磁极与A相磁极相差120,且120/9=13 不为整数,所以,此时转子齿不能与B相定子齿对齐,只是13号小齿靠近B相磁极的中心线,与中心线相差3,如果此时突然变为B相通电,而A、C两相不通电,则B相磁极迫使13号转子齿与之对齐,整个转子就转动3,此时,称电机走了一步。同理,我们按照ABCA顺序通电一周,则转子转动9。三、步进电机控制系统原理图图441441步进电机控制系统的组成步进电机控制系统的组成(P P1 14444)根据实
14、现脉冲分配的方式可分为硬件控制和软件控制根据实现脉冲分配的方式可分为硬件控制和软件控制(1)由硬件完成脉冲分配的系统步进电机控制系统原理步进电机控制器包括:缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及正、反转向控制门等作用:把输入的脉冲转换成环形脉冲,以控制步进电机运行及转向功率放大器:把环形脉冲放大,以驱动步进电机转动何为环形分配器?环形分配器 将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列脉冲的装置叫环脉冲的装置叫环脉冲的装置叫环脉冲的装置叫环形形形形分配器。分配
15、器。分配器。分配器。环行分配器可以由硬件构成也可以由软件构成。环行分配器可以由硬件构成也可以由软件构成。环行分配器可以由硬件构成也可以由软件构成。环行分配器可以由硬件构成也可以由软件构成。环形分配器工作原理 硬硬硬硬件件件件环环环环行行行行分分分分配配配配器器器器的的的的基基基基本本本本构构构构成成成成是是是是触触触触发发发发器器器器。因因因因为为为为步步步步进进进进电电电电机机机机有有有有几几几几相相相相就就就就需需需需要要要要几几几几个个个个序序序序列列列列脉脉脉脉冲冲冲冲,所所所所以以以以步步步步进进进进电电电电机机机机有有有有几几几几相相相相,就就就就要要要要设设设设置置置置几几几几个
16、个个个触触触触发发发发器器器器。每每每每个个个个触触触触发发发发器器器器发发发发出出出出的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲就就就就是是是是一一一一个个个个序序序序列列列列脉脉脉脉冲冲冲冲,用用用用来来来来控控控控制制制制步步步步进进进进电电电电机机机机某某某某相相相相定定定定子子子子绕绕绕绕组的通、断电。组的通、断电。组的通、断电。组的通、断电。触触触触发发发发器器器器工工工工作作作作的的的的同同同同步步步步信信信信号号号号就就就就是是是是来来来来自自自自插插插插补补补补器器器器的的的的某某某某个个个个坐坐坐坐标标标标轴轴轴轴的的的的位位位位移移移移驱驱驱驱动动动动信号信号信号信号xx或或或或yy。环形
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- 关 键 词:
- 步进 电机 及其 工作 原理 程序设计
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