任务5步进电动机及驱动系统2.ppt
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1、任务5 步进电动机及驱动系统2,广东岭南职业技术学院 现代制造学院 机电一体化教研室,知识目标:,掌握混合式步进电动机的工作原理、特性;,任务5 步进电动机及驱动系统2,能力目标:,提高对步进电动机及驱动技术的认知。,混合式步进电动机的工作原理、特性。,重点难点:,一、混合式步进电机特点 二、混合式步进电机结构及工作原理 三、步进电机的主要特性:,主要内容,步进电机的分类:,按转矩产生的原理可分为: 1.反应式步进电机; 2.永磁式步进电机; 3.混合式步进电机; 从电流的极性上可分为: 1.单极性步进电机; 2.双极性步进电机,一、混合式步进电机特点,混合式步进电动机(Hybrid,HB),
2、集反应式和永磁式与一体,兼有两者的优点。 输出转矩较永磁式大(消耗功率反较小);步距角较永磁式小(一般为1.8度);断电时有定位转矩;启动和运行频率较高;,混合式的优点:步距角小、转矩大、电流小、动态性能好。 目前混合式步进电机在工业上应用最为广泛。,一、混合式步进电机特点,二、混合式步进电机结构及工作原理,转子由两段有齿环形转子铁心、装在转子铁心内部的环形磁钢及轴承、轴组成。 将环形磁钢沿轴向充磁,两段转子铁心的一端呈N极性,另一端呈S极性,分别称之为N段转子和S段转子。 转子铁心的径向边缘加工有小齿,一般为50个,齿距为7.2。 两段转子的小齿相互错开1/2齿距。,1. 两相混合式步进电机
3、结构,1. 两相混合式步进电机结构,电机的定子上有八个绕有线圈的铁心磁极; 八个线圈串接成A、B两相绕组; 每个定子磁极边缘有多个小齿,一般多为五或六齿。,6,4,2. 两相混合式步进电机工作原理,定子上有四个绕有线圈的磁极(齿),相对磁极的线圈串联 成一相,共组成两相绕组。 由于同一相绕组两个线圈绕线的方向相反,通过同一电流时所产生的磁场方向也相反(相对转子而言)。 电流从相反方向流过同一相绕组产生的磁场方向也相反。 转子由两段永磁体组成,一段呈N极性,一段呈S极性。 每段永磁体有3个齿,齿距为120度,N极齿和S极齿彼此错开1/2齿距。,以每转12步的模型电机为例,线圈绕向导有误,1)不通
4、电状态,在绕组不通电时,由于磁通总是沿磁阻最小的路径通过, 磁通从N极性转子经定子极回到S极性转子。 由于转子磁场的吸引作用,当外力力图使轴转动时,会有一个反向力矩阻止这种转动,称为自锁(detent)力矩。,2)单四拍工作方式,初始状态,(上一周期)A相通电产生保持力矩; B相通电,定子磁场旋转90度,吸引转子旋转1/4齿距(30度); /A 相/B相 A相通电,定子磁场各旋转90度,各吸引转子旋转1/4齿距(30度); 4步一个循环后共转过一个齿距(120度),12步后转子旋转一周。 每一次仅一相绕组通电,四拍一个循环,称之为单四拍工作方式,3)双四拍工作方式,初始状态, A相、B相同时通
5、电,由于两个定子齿的吸引,转子移动1/8齿距15度,停在一个中间的位置; B/A相通电,定子磁场旋转90度吸引转子旋转1/4齿距(30度); /A/B、/BA、AB各相通电,定子磁场各旋转90度,各吸引转子旋转1/4齿距30度; 4步一个循环后共转过一个齿距120度, 12步后转子旋转一周; 每一次两相绕组通电,四拍一个循环,称之为双四拍工作方式。 因为两个线圈同时通电,产生的力矩比单四拍要大。,在单四拍工作方式基础上,在每两个单拍之间插入一个双拍工作状态,就成为单、双八拍工作方式。 交替使一个线圈和两个线圈通电,每一步转子旋转1/8齿距即15度,经过这8拍以后,转子转过一个齿距120度。 旋
6、转一周需24步。,4)单、双八拍工作方式,单、双八拍工作方式的缺点是产生“强、弱步”的现象,可利用的力矩被弱步力矩所限制,力矩的波动较大。 为了消除“强、弱步”现象,并使电机按强步力矩输出,可以在弱步时绕组通以两倍的电流,对弱步力矩进行补偿。 优点是步距角小,电机运行将更平稳。,4)单、双八拍工作方式,5)微步距工作方式,在双四拍工作方式中,当两相绕组通以相等的电流时,电机转子停在一个中间的位置。如果两相绕组电流不等,转子位置将朝电流大的定子极方向偏移。 利用这个现象我们可使电机工作在微步距方式:将两相绕组中的电流分别按正弦和余弦的轮廓呈阶梯式变化。则每个整步距(0最大值)分成若干微步距(也称
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