步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)與原理演示文稿

步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)與原理演示文稿當(dāng)前1頁，總共60頁。（優(yōu)選）步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)與原理當(dāng)前2頁，總共60頁。機電傳動控制技術(shù)系列講座內(nèi)容:第一講：機電傳動概述及控制系統(tǒng)中常用檢測元件主要內(nèi)容：講述機電傳動的目的和任務(wù)及發(fā)展概況，介紹機電傳動控制系統(tǒng)中常用的元器件（如速度傳感器、線位移傳感器、角位移傳感器等）。第二講：機電傳動控制系統(tǒng)主要內(nèi)容：講述機電傳動控制系統(tǒng)的組成和分類，重點介紹機電傳動控制系統(tǒng)調(diào)速方法。第三講：步進(jìn)電機控制系統(tǒng)主要內(nèi)容：講述步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)、原理和控制系統(tǒng);重點介紹步進(jìn)電機的控制與應(yīng)用等方面的知識。當(dāng)前3頁，總共60頁。

第三講步進(jìn)電機控制系統(tǒng)

目的：1、了解步進(jìn)電機的一般結(jié)構(gòu)與工作原理

2、掌握步進(jìn)電機基本特性及應(yīng)用3、學(xué)會步進(jìn)電機控制方法

內(nèi)容：一、步進(jìn)電機的分類二、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理三、步進(jìn)電機的主要技術(shù)指標(biāo)四、步進(jìn)電機的控制當(dāng)前4頁，總共60頁。第一節(jié)

步進(jìn)電機分類

1、何謂步進(jìn)電動機又稱為脈沖電動機，是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種執(zhí)行元件。其功用是將脈沖電信號變換為相應(yīng)的角度位移或直線位移，即給一個脈沖電信號，電動機就轉(zhuǎn)動一個角度或前進(jìn)一步。

轉(zhuǎn)角控制電脈沖tt圖1步進(jìn)電機的功用驅(qū)動器步進(jìn)電機控制電脈沖當(dāng)前5頁，總共60頁。第一節(jié)

步進(jìn)電機分類

2、步進(jìn)電動機產(chǎn)品外形步進(jìn)電機驅(qū)動器當(dāng)前6頁，總共60頁。第一節(jié)

步進(jìn)電機分類

2、步進(jìn)電動機產(chǎn)品外形當(dāng)前7頁，總共60頁。第一節(jié)

步進(jìn)電機分類

3、步進(jìn)電動機分類步進(jìn)電機在構(gòu)造上有三種主要類型：1、反應(yīng)式（VariableReluctance，VR）2、永磁式（PermanentMagnet,PM）3、混合式（HybridStepping,HS）。反應(yīng)式永磁式混合式反應(yīng)式結(jié)構(gòu)當(dāng)前8頁，總共60頁。第一節(jié)

步進(jìn)電機分類

3、步進(jìn)電動機分類反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小，可達(dá)1.2°、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。永磁式：永磁式步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點是動態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機精度差，步矩角大（一般為7.5°或15°）?；旌鲜剑夯旌鲜讲竭M(jìn)電機綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高。反應(yīng)式永磁式混合式當(dāng)前9頁，總共60頁。

20世紀(jì)60年代后期，在步進(jìn)電動機本體方面隨著永磁材料的發(fā)展，各種實用性步進(jìn)電動機也應(yīng)運而生，而半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展則推進(jìn)了步進(jìn)電動機在眾多領(lǐng)域的應(yīng)用。在近30年間，步進(jìn)電動機迅速地發(fā)展并成熟起來。從發(fā)展趨向來講，步進(jìn)電動機已經(jīng)能與直流電動機、異步電動機、以及同步電動機并列，從而成為電動機的一種基本類型。我國步進(jìn)電動機的研究及制造起始于本世紀(jì)50年代后期，從50年代后期到60年代后期，主要是高等院校和科研機構(gòu)為研究一些裝置而使用或開發(fā)少量產(chǎn)品，這些產(chǎn)品以多段結(jié)構(gòu)三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機為主。70年代初期，步進(jìn)電動機的生產(chǎn)和研究有所突破，除反映在驅(qū)動器設(shè)計方面的長足進(jìn)步外，對反應(yīng)式步進(jìn)電動機本體的設(shè)計研究發(fā)展到一個較高水平。70年代中期至80年代中期為成品發(fā)展階段，新品種高性能電動機不斷被開發(fā)。自80年代中期以來，由于對步進(jìn)電動機精確模型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電動機及驅(qū)動器作為產(chǎn)品廣泛利用

4、步進(jìn)電動機的發(fā)展第一節(jié)

步進(jìn)電機分類當(dāng)前10頁，總共60頁。步進(jìn)電機主要用于一些有定位要求的場合。例如：線切割的工作臺拖動，植毛機工作臺（毛孔定位），包裝機（定長度）。打印機，汽車油門控制系統(tǒng)，掃描儀等?；旧仙婕暗蕉ㄎ坏膱龊隙加玫玫健?/p>

5、步進(jìn)電動機的應(yīng)用領(lǐng)域第一節(jié)

步進(jìn)電機分類當(dāng)前11頁，總共60頁。第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理1、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)當(dāng)前12頁，總共60頁。第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理1、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)由定子和轉(zhuǎn)子二大部分組成定子轉(zhuǎn)子當(dāng)前13頁，總共60頁。第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理1、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)－－定子當(dāng)前14頁，總共60頁。第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理1、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)－－定子當(dāng)前15頁，總共60頁。第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理2、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)－－轉(zhuǎn)子當(dāng)前16頁，總共60頁。第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理2、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)－－轉(zhuǎn)子當(dāng)前17頁，總共60頁。(1)定子由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的控制繞組，由環(huán)行分配器送來的電脈沖對多相定子繞組輪流進(jìn)行勵磁；-第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理3、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)原理當(dāng)前18頁，總共60頁。

由用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)動1個齒，轉(zhuǎn)角發(fā)生了90度變化。(2)轉(zhuǎn)子-第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理3、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)原理當(dāng)前19頁，總共60頁。定子上有六個均布的磁極，每個磁極上又有5個小齒，齒距相等，齒間夾角為9

度轉(zhuǎn)子上無繞組，只有均布的40個小齒，定子磁極的齒與轉(zhuǎn)子上的齒依次錯開1/3齒距。第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理4、步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)原理－－反應(yīng)式當(dāng)前20頁，總共60頁。第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理5、步進(jìn)電機的工作原理－－反應(yīng)式當(dāng)前21頁，總共60頁。依此輪流通電，轉(zhuǎn)子就沿著A—B—C的方向旋轉(zhuǎn)。從一相通電換接到另一相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個步距角，稱為一拍

在一個循環(huán)周期內(nèi)換接三次，稱為三相單三拍運行動畫如果通電方式按AB—BC—CA的順序，每次接通兩相繞組，稱為三相雙三拍運行。步距角也是30度

動畫當(dāng)按A—AB—B—BC—C—CA—A順序通電，則一個循環(huán)周期內(nèi)換接六次，稱為三相六拍運行，此時步距角為15度

C:/Users/lenovo/Desktop/%E6%AD%A5%E8%BF%9B%E7%94%B5%E6%9C%BA/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E5%85%AD%E6%8B%8D.exeA相繞組通電B相繞組通電C相繞組通電第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理5、步進(jìn)電機的工作原理－－反應(yīng)式當(dāng)前22頁，總共60頁。第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理5、步進(jìn)電機的工作原理－－反應(yīng)式當(dāng)前23頁，總共60頁。轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=40，相數(shù)m=3，t為齒距，其對應(yīng)空間角度為360／40=9度，則定子相鄰磁極間的轉(zhuǎn)子齒數(shù)為

6.2/3第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理5、步進(jìn)電機的工作原理－－反應(yīng)式當(dāng)前24頁，總共60頁。由此可見，m相步進(jìn)電動機的步距角與定子繞組的相數(shù)m、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)Z和通電方式k（拍數(shù)/m相數(shù)）有關(guān)，即轉(zhuǎn)速為第二節(jié)

步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)和工作原理5、步進(jìn)電機的工作原理－－反應(yīng)式當(dāng)前25頁，總共60頁。1、

步距角

----從一相通電換接到另一相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個步距角，一般范圍在0.50～30

。2、起動頻率：步進(jìn)電動機能夠不失步起動的最高頻率。起動頻率是隨著負(fù)載大小而變化的，負(fù)載大，起動頻率低。TL0啟動矩頻特性fqfq0J啟動慣頻特性第三節(jié)

步進(jìn)電機主要技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前26頁，總共60頁。

3、連續(xù)運行頻率：步進(jìn)電機連續(xù)運行時，如輸入脈沖頻率逐漸升高仍能保證不丟步運行的極限頻率，稱為連續(xù)運行頻率。有時稱為最高連續(xù)頻率或最高工作頻率，記作fmax．連續(xù)運行頻遠(yuǎn)大于啟動頻率fq

，這是出于啟動時有較大的慣性扭矩并需要一定加速時間緣故．第三節(jié)

步進(jìn)電機主要技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前27頁，總共60頁。Tjmax-π+π0Tθe穩(wěn)定平衡點轉(zhuǎn)角特性圖4、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mmax----是指在某相始終通電，轉(zhuǎn)子不動時，所能承受的最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。反映了制動能力和低速步進(jìn)運行時的負(fù)載能力。

這項指標(biāo)反映了步進(jìn)電機的帶負(fù)載能力和工作的快速響應(yīng)特性。Mmax值愈大，電機帶負(fù)載能力愈強，快速性愈好．第三節(jié)

步進(jìn)電機主要技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前28頁，總共60頁。5、矩頻特性：動態(tài)轉(zhuǎn)矩與脈沖頻率的關(guān)系稱為矩頻持性，步進(jìn)電機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩即電磁力矩隨頻率升高而急劇下降．Mq0f矩頻特性第三節(jié)

步進(jìn)電機主要技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前29頁，總共60頁。0Tqf為什么頻率增高以后步進(jìn)電機的負(fù)載能力要下降呢？電流放大器電源步進(jìn)電機一相繞組驅(qū)動信號R1R2第三節(jié)

步進(jìn)電機主要技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前30頁，總共60頁。為什么頻率增高以后步進(jìn)電機的帶負(fù)載能力要下降呢？電流放大器電源步進(jìn)電機一相繞組驅(qū)動信號R1R2

因為頻率越高，通過線圈繞組的平均電流越小，電磁力矩就越小。所以，帶負(fù)載能力就要下降。第三節(jié)

步進(jìn)電機主要技術(shù)指標(biāo)當(dāng)前31頁，總共60頁。1、步進(jìn)電機控制系統(tǒng)方框圖驅(qū)動器運行指令變頻信號脈沖分配功率放大步進(jìn)電機控制器執(zhí)行元件步進(jìn)電機控制系統(tǒng)由控制器、驅(qū)動器和執(zhí)行元件等三大部分組成。第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前32頁，總共60頁。2、控制器運行指令變頻信號控制器變頻脈沖發(fā)生系統(tǒng)指令系統(tǒng)控制器功能：

由指令系統(tǒng)發(fā)出的速度和方向指令，控制脈沖發(fā)生系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)頻率的脈沖信號和高、低電平的方向信號。控制器組成：第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前33頁，總共60頁。3、控制的器作用運行指令變頻信號控制器方向信號正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)運動軌跡信號速度信號tET1tET1速度信號運動軌跡信號xvxv第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前34頁，總共60頁。1、控制器的作用運行指令變頻信號控制器方向信號運動軌跡信號速度信號實現(xiàn)的方法：（1）PC機（2）PLC（3）電子電路第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前35頁，總共60頁。

步數(shù)控制步進(jìn)電動機在用于軟盤驅(qū)動、打印機和數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)中，都需要精確定位，所以在編寫程序時，需先給定應(yīng)走的步數(shù)。

例如，某數(shù)控機床進(jìn)給系統(tǒng)的五相步進(jìn)電動機，步距角θ=1.5度。脈沖當(dāng)量δp=0.005mm，要求走刀距離為L=20cm。求需要多少個脈沖？步進(jìn)電機轉(zhuǎn)多少圈？答：需要L/δ=4×104個脈沖，即要走4×104步(166.7圈)才能走完這段距離。當(dāng)前36頁，總共60頁。

速度的控制通過控制脈沖分配頻率可實現(xiàn)步進(jìn)電動機的速度控制。速度控制也有硬、軟件兩種方法。硬件方法是在硬件脈沖分配器的脈沖輸入端(CP)接一個可變頻率脈沖發(fā)生器，改變其振蕩頻率，即可改變步進(jìn)電動機速度。

(1)步數(shù)和速度控制第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前37頁，總共60頁。(2)速度軌跡的控制步進(jìn)電動機允許的起動頻率一般較低(100步／秒～250步／秒)。當(dāng)要求高速運行時，必須從低頻起動，然后逐漸加速；

第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前38頁，總共60頁。(3)速度信號的頻率與步進(jìn)電機帶負(fù)載能力的分析電流放大器電源步進(jìn)電機一相繞組驅(qū)動信號R1R2第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前39頁，總共60頁。

2、驅(qū)動器第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前40頁，總共60頁。環(huán)形分配器第一相放大器器第二相放大器器步進(jìn)電機輸入脈沖負(fù)載第三相放大器脈沖分配器功率放大器(驅(qū)動)

2、驅(qū)動器步進(jìn)電動機的驅(qū)動器由:第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前41頁，總共60頁。（1）脈沖分配器通電相QCQBQA正轉(zhuǎn)X(1)反轉(zhuǎn)X(0)A001AB011B010BC110C100CA101環(huán)形分配器第一相放大器器第二相放大器器步進(jìn)電機輸入脈沖負(fù)載第三相放大器第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前42頁，總共60頁。環(huán)形分配器第一相放大器器第二相放大器器步進(jìn)電機輸入脈沖負(fù)載第三相放大器（1）脈沖分配器第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前43頁，總共60頁。環(huán)形分配器第一相放大器器第二相放大器器步進(jìn)電機輸入脈沖負(fù)載第三相放大器電流放大器電源步進(jìn)電機一相繞組驅(qū)動信號R1R2（2）功率放大器第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前44頁，總共60頁。R12R12+U1高壓+U2低壓步進(jìn)電機繞組控制信號U1U2U高低電壓切換電源低壓控制回路高壓控制回路（2）功率放大器第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前45頁，總共60頁。4、步進(jìn)電機使用步進(jìn)電機第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前46頁，總共60頁。4、步進(jìn)電機使用步進(jìn)電機第四節(jié)

步進(jìn)電機控制系統(tǒng)當(dāng)前47頁，總共60頁。4、步進(jìn)電機驅(qū)動器使用第四節(jié)

步進(jìn)電