第四章控制用微电机及其应用

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,*,第四章 控制用微电机及其应用,1,第一节 步进电动机,步进电动机又称脉冲马达，是将电脉冲信号转换为线位移或角位移的电动机。,永磁式,感应式,反应式（目前应用最多）,2,3,定子具有分布均匀的六个磁极，磁极上装有绕组；两个相对的绕组组成一对,反应式步进电机定子相数m，定子磁极个数为2m,上图中转子齿数为Zr=4,4,一、矩角特性和稳定平衡点,当U相绕组通入直流电流I时，由电磁力作用原理，电动机中产生反应转矩，该反应转矩T称为静转矩，设逆时针方向为正。,定子磁极A的轴线方向与转子齿1的轴线方向的夹角称为失调角。设转齿1领先定子磁极A的轴线的为正，则静转矩T与失调角的关系为：,T=-T,c,sin步进电机矩角特性,T,c,是与控制绕组电流I与匝数及气隙有关的常数。,5,6,二、步进电机的运行工作方式,单三拍方式,如果三相电流脉冲的通电顺序U-W-V-U电动机转子将会逆时针转动；U-V-W-U，则电动机转子将会顺时针转动。,这种通电方式称为单三拍方式。,7,8,双三拍方式,UV-VW-WU-UV,UW-WV-VU-UW,改变一次通电方式为一拍,单每拍只有一相定子绕组通电,双每拍只有二相定子绕组通电,双三拍方式步矩角,b,=（1/6）*180 =30 与单三拍相同。但双三拍的每一步的平衡点，转子受到两个相反方向的转矩而平衡，故稳定性较好。,9,10,三相单、双六拍方式,U-UV-V-VW-W-WU-U,U-UW-W-WV-V-VU-U,六拍方式的步距角,b,=15 ,11,12,三、步进电动机的转速与实际步进电动机,设步进电动机的拍数为N，通常拍数即为相数或相数的2倍。即N=m；N=2m。设步距角为,b,，则：,式中，Zr为转子齿数,13,定子一相绕组通电时形成的磁极个数为2p=2，则步进电动机的转速为：,式中，f为电脉冲的频率。,14,步进电动机的定子磁极数与转子齿数之间有一定关系，一般每个磁极下的转子齿数不是整数关系，而是差1/m个齿，这样每极下的转子齿数为：,式中，p为磁极对数，K为正整数。对上述的三相六极电动机：,2mp=6，K=1,15,对实际的步进电动机，步距角做得很小：,1.2/0.6、1.5 /0.75、 1.8/0.9、2 /1 、 3 /1.5 、4.5 /2.25等。,减小步距角，主要通过增加转子齿数Zr。下图为一台三相六极，转子齿数为40齿的反应式步进电动机截面图。为使转子和定子齿一样大小，所以定子每个磁极上也做成齿，每极下的齿数为：,16,17,K=7时，差1/3，当相数m=3时，步距角为：,18,四、步进电动机的起动和高频运行,步进电动机的起动和起动频率,设步进电动机原来处于某一相的平衡位置，当一定频率的控制脉冲加入时，电动机开始起动。但其转速不是一下就能达到稳定数值，其间有一暂态过程，即为起动过程。电动机不失步起动时，所能加的最高控制脉冲频率，称为起动频率。实际起动时，起动频率比连续运行频率低得多。,19,电动机刚起动时，转速为零，在起动过程中，电磁转矩除了克服负载阻转矩外，还要克服转子和负载的惯性矩。所以，起动时的负载要比连续运行时重。如果起动时施加脉冲频率过高，则转子转速跟不上磁场转速，以致第一步完成的位置落后于平衡位置较远，造成以后各步转子转速增加不多，而定子磁场转速仍正比于脉冲频率而旋转，使转子与平衡位置的偏差越来越大。最后，因转子位置落后到动稳定区以外而出现失步，使电动机不能起动。,20,当电动机带动负载起动时，作用在电动机转子上的加速转矩为电磁转矩和负载转矩之差。因而负载转矩越大，加速转矩越小，电动机就不易起动。只有脉冲频率较低时，使电动机每一步长有较长的加速时间，电动机才能起动。所以随着负载加重，起动频率降低。,21,22,起动频率与负载转矩的关系曲线起动频率特性。,提高步进电动机的起动频率,增加电动机起动转矩,减小电动机和负载的惯性,增加运行拍数，使矩角特性，使定子旋转磁场速度减慢,。,23,高频恒频运行特性,当步进电动机施加高频恒频脉冲时，步进电动机已不是一步一步的旋转，而是连续匀速旋转，称这种状态为高频恒频运行状态。,电动机在连续运行状态时产生的转矩称为动态转矩。,实验表明：步进电动机的最大动态转矩小于最大静态转矩，并随频率的升高而降低。,24,25,在高频恒频运行状态下，步进电动机动态输出转矩与频率的关系曲线T=f（f），称为动态转矩-频率特性。,26,