1、第第11章章 步进电动机步进电动机11.1步进电动机的结构和工作原理步进电动机的结构和工作原理11.2 其他形式的步进电动机其他形式的步进电动机11.3步进电动机的驱动与控制步进电动机的驱动与控制11.4步进电动机的应用步进电动机的应用11.1步进电动机的结构和工作原理步进电动机的结构和工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的一种控制电动机。其运行特点是每输人线位移的一种控制电动机。其运行特点是每输人一个电脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一个电脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步。一步。11.1.1反应式步进电动机的结构反应式
2、步进电动机的结构定子铁芯由硅钢片组成，定子上有均定子铁芯由硅钢片组成，定子上有均匀分布有六个磁极，磁极上绕有控制匀分布有六个磁极，磁极上绕有控制绕组，两个相对磁极组成一相，故共绕组，两个相对磁极组成一相，故共有三相绕组有三相绕组转子铁芯由硅钢片组成，转子铁芯上转子铁芯由硅钢片组成，转子铁芯上没有绕组，转子具有均匀分布的四个没有绕组，转子具有均匀分布的四个齿，且转子齿宽等于定子极靴宽。齿，且转子齿宽等于定子极靴宽。11.1步进电动机的结构和工作原理步进电动机的结构和工作原理11.1.2反应式步进电动机的工作原理反应式步进电动机的工作原理当当A相时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，所以转子齿
3、相时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，所以转子齿1和和3的轴线的轴线与定子与定子A极轴线对齐。同理，当断开极轴线对齐。同理，当断开A相接通相接通B相时，转子便按逆时针方向转过相时，转子便按逆时针方向转过30，使转子齿，使转子齿2和和4的轴线与定子的轴线与定子B极轴线对齐。断开极轴线对齐。断开B相，接通相，接通C相，则转相，则转子再转过子再转过30，使转子齿，使转子齿1和和3的轴线与的轴线与C极轴线对齐。极轴线对齐。如此按如此按ABCA顺序不断接通和断开控制绕组，顺序不断接通和断开控制绕组，转子就会一步一步地转子就会一步一步地按逆时针方向连续转动。按逆时针方向连续转动。11.1步进电动机的
4、结构和工作原理步进电动机的结构和工作原理11.1.2反应式步进电动机的工作原理反应式步进电动机的工作原理按按ABCA方式运行的称为方式运行的称为三相单三拍三相单三拍运行运行“三相三相”是指此步进电动机具有三相定子绕组是指此步进电动机具有三相定子绕组“单单”是指每次只有一相绕组通电是指每次只有一相绕组通电“三拍三拍”是指三次换接为一个循环是指三次换接为一个循环如果通电方式为如果通电方式为ABBCCAAB，则称为，则称为三相双三三相双三拍拍工作方式工作方式如果通电方式为如果通电方式为AABBBCCCAA，则称，则称为为三相单（双）六拍三相单（双）六拍或或三相六拍三相六拍工作方式工作方式11.1步进
5、电动机的结构和工作原理步进电动机的结构和工作原理11.1.2反应式步进电动机的工作原理反应式步进电动机的工作原理步进电动机每输入一个脉冲电信号，转子转过的角度称为步进电动机每输入一个脉冲电信号，转子转过的角度称为步距角步距角，用符号，用符号表示。表示。步进电动机的步距角步进电动机的步距角与相数与相数m、转子齿数、转子齿数Z、通电方式、通电方式C有有关，其关系为：关，其关系为：360CmZC为状态系数，当采用单三拍或双三拍方式时，为状态系数，当采用单三拍或双三拍方式时，C=1；当采用单、双六拍时，当采用单、双六拍时，C=2。11.1步进电动机的结构和工作原理步进电动机的结构和工作原理11.1.2
6、反应式步进电动机的工作原理反应式步进电动机的工作原理606036060(/min)CC 3603606ffffnrZmZm反应式步进电动机转速取决于脉冲频率、转子齿反应式步进电动机转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关数和拍数，而与电压、负载、温度等因素无关 步进电动机转速步进电动机转速11.2 其他形式的步进电动机其他形式的步进电动机11.2.1 永磁式步进电动机永磁式步进电动机 1永磁式步进电动机的结构永磁式步进电动机的结构 3602mp定子上有两相或多相绕组定子上有两相或多相绕组转子为一对或几对极的星转子为一对或几对极的星形磁铁形磁铁转子的极数与定子每相的转子
7、的极数与定子每相的极数相同极数相同 11.2 其他形式的步进电动机其他形式的步进电动机11.2.1 永磁式步进电动机永磁式步进电动机 2永磁式步进电动机的特点永磁式步进电动机的特点 大步距角，大步距角，例如例如15、22.5、30、45、90等；等；启动频率较低，启动频率较低，通常为几十到几百赫兹通常为几十到几百赫兹(但转速不一定低但转速不一定低)；控制功率小；控制功率小；在断电情况下有定位转矩；在断电情况下有定位转矩；有强的内阻尼力矩。有强的内阻尼力矩。11.2 其他形式的步进电动机其他形式的步进电动机11.2.2感应子式步进电动机感应子式步进电动机 11.2 其他形式的步进电动机其他形式的
8、步进电动机11.2.2感应子式步进电动机感应子式步进电动机 感应子式步进电动机的定子铁芯与反应式步进电动机相同，感应子式步进电动机的定子铁芯与反应式步进电动机相同，即分成若干大极，每个极上有小齿及控制绕组；定子控制即分成若干大极，每个极上有小齿及控制绕组；定子控制绕组与永磁式步进电动机相同，也是两相集中绕组，每相绕组与永磁式步进电动机相同，也是两相集中绕组，每相为两对极，按为两对极，按A-B-(-A)-(-B)-A 次序轮流通以正次序轮流通以正负电脉冲负电脉冲(也可在同一相的极上绕上两套绕向相反的绕组，也可在同一相的极上绕上两套绕向相反的绕组，通以正脉冲通以正脉冲)；转子的结构与永久式同步电动
9、机相同，两；转子的结构与永久式同步电动机相同，两段转子铁芯上也开有齿槽，其齿距与定子小齿齿距相同。段转子铁芯上也开有齿槽，其齿距与定子小齿齿距相同。11.2 其他形式的步进电动机其他形式的步进电动机11.2.2感应子式步进电动机感应子式步进电动机 转子磁铁充磁后，一端转子磁铁充磁后，一端(如图中如图中A端端)为为N极，则极，则A端转子铁端转子铁芯的整个圆周上都呈芯的整个圆周上都呈N极性，极性，B端转子铁芯则呈端转子铁芯则呈S极性。极性。当定子当定子A相通电时，定子相通电时，定子1-3-5-7极上的极性为极上的极性为N-S-N-S，这时转子的稳定平衡位置就是图，这时转子的稳定平衡位置就是图11-
10、5所示的位置，所示的位置，即定子磁极即定子磁极1和和5上的齿在上的齿在B端与转子的齿对齐，在端与转子的齿对齐，在A端则端则与转子槽对齐，磁极与转子槽对齐，磁极 3 和和 7 上的齿与上的齿与A端上的转子齿及端上的转子齿及B端上的转子槽对齐，而端上的转子槽对齐，而B相相 4 个极个极(2、4、6、8 极极)上的上的齿与转子齿都错开齿与转子齿都错开1/4齿距。齿距。11.3步进电动机的驱动与控制步进电动机的驱动与控制11.3.1步进电动机的驱动电源步进电动机的驱动电源 步进电动机的驱动电源主要包括变频信号源、脉冲分配器步进电动机的驱动电源主要包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器三部分和脉冲放大器
11、三部分。11.3步进电动机的驱动与控制步进电动机的驱动与控制11.3.1步进电动机的驱动电源步进电动机的驱动电源 步进电动机单片机驱动电路原理图步进电动机单片机驱动电路原理图 11.3步进电动机的驱动与控制步进电动机的驱动与控制11.3.2步进电动机的控制步进电动机的控制 1步进电动机运转控制步进电动机运转控制 利用微型计算机的利用微型计算机的IO控制接口板，可实现步进电动机控制接口板，可实现步进电动机的控制的控制 11.3步进电动机的驱动与控制步进电动机的驱动与控制表表11-1 步进电动机三相六拍环形控制表（正转）步进电动机三相六拍环形控制表（正转）控制节拍控制节拍A2 A1 A0控制方向控
12、制方向方向方向10 0 101H反转反转正转正转20 1 103H30 1 002H41 1 006H51 0 004H61 0 105H11.3步进电动机的驱动与控制步进电动机的驱动与控制用用C语言语言实现其控制动作，则实现其控制动作，则正转程序正转程序：outportb(0 x2000，0 x01)；outportb(0 x2000，0 x03)；outportb(0 x2000，0 x02)；outportb(0 x2000，0 x06)；outportb(0 x2000，0 x04)；outportb(0 x2000，0 x05)；反转程序反转程序：outportb(0 x2000，0
13、 x05)；outportb(0 x2000，0 x04)；outportb(0 x2000，0 x06)；outportb(0 x2000，0 x02)；outportb(0 x2000，0 x03)；outportb(0 x2000，0 x01)；11.3步进电动机的驱动与控制步进电动机的驱动与控制2步进电动机速度控制步进电动机速度控制 步进电动机运转的速度，取决于输入脉冲的频率。只要在控制软步进电动机运转的速度，取决于输入脉冲的频率。只要在控制软件中，控制两个节拍进给脉冲的间隔时间，就可以方便地实现步件中，控制两个节拍进给脉冲的间隔时间，就可以方便地实现步进电动机运转速度的控制。两个节拍
14、间的间隔时间通常采用软件进电动机运转速度的控制。两个节拍间的间隔时间通常采用软件延时的方法实现，如在延时的方法实现，如在C语言语言中中 设设V为步进电动机速度控制变量，则可通过以下循环体控制步进电动为步进电动机速度控制变量，则可通过以下循环体控制步进电动机按照一定的转速进行正方向旋转。反方向运动同理可得。机按照一定的转速进行正方向旋转。反方向运动同理可得。outportb(0 x2000，0 x01)；delay (V)；outportb(0 x2000，0 x03)；delay (V)；outportb(0 x2000，0 x02)；delay (V)；outportb(0 x2000，0
15、x06)；delay (V)；outportb(0 x2000，0 x04)；delay (V)；outportb(0 x2000，0 x05)；delay (V)；11.3步进电动机的驱动与控制步进电动机的驱动与控制3步进电动机位置控制步进电动机位置控制 首先按照机械传动关系，求出丝杠位移量与步进时间转首先按照机械传动关系，求出丝杠位移量与步进时间转角的关系，从而得到一定直线位移量所对应的步进电动角的关系，从而得到一定直线位移量所对应的步进电动机转角，并根据步距角的大小换算为步进电动机所应转机转角，并根据步距角的大小换算为步进电动机所应转过的步数。将该步数赋给一变量，当电动机每进给一步，过的步数。将该步数赋给一变量，当电动机每进给一步，控制程序自动完成减一运算，并判断是否为零。如不为控制程序自动完成减一运算，并判断是否为零。如不为零，则继续进给加工；若为零，则停止进给加工，即停零，则继续进给加工；若为零，则停止进给加工，即停止电动机的运行止电动机的运行 11.4步进电动机的应用步进电动机的应用b)线切割机床工作原理示意图线切割机床工作原理示意图 a)通过十字拖板的通过十字拖板的纵横运动完成对加工纵横运动完成对加工工件的切割工件的切割
