机电一体化-伺服电机.doc

、,分类,,分类,,是通过脉冲数量决定转角位移的一种伺服电动机。由于步进电动机成本较低,易于采用计算机控制,因而被广泛应用于开环控制的伺服系统中。步进电动机比直流电动机或交流电动机组成的开环控制系统精度高,适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。目前,一般数控机械和普通机床的微机改造中大多数均采用开环步进电动机控制系统。步进电动机按其工作原理分:主要有磁电式和反应式两大类步进电机按励磁相数分:有三、四、五、六相等几种,因为相数越多,步距角越小,而且还采用多相通电,提高步进电机的输出转矩。步进电机按输出力矩大小分:功率步进电机,伺服(快速)步进电机反应是步进电机的工作原理是:三相反应式步进电动机的工作原理如图5-12所示,其中步进电动机的定子上有6个齿,其上分别缠有WA、WB、WC三相绕组,构成三对磁极,转子上则均匀分布着4个齿。步进电动机采用直流电源供电。当WA、WB、WC三相绕组轮流通电时,通过电磁力吸引步进电动机转子一步一步地旋转。图5-13三相反应式步进电动机图5-12步进电动机运动原理图首先假设U相绕组通电,则转子上下两齿被磁吸住,转子就停留在U相通电的位置上。然后U相断电,V相通电,则磁极U的磁场消失,磁极V产生了磁场,磁极V的磁场把离它最近的另外两齿吸引过去,停止在V相通电的位置上,这时转子逆时针转了300。随后V相断电,W相通电,根据同样的道理,转子又逆时针转了300,停止在W相通电的位置上。若再U相通电,W相断电,那么转子再逆转300。定子各相轮流通电一次,转子转一个齿。步进电机绕组按…依次轮流通电,步进电动机转子就一步步地按逆时针方向旋转。反之,如果步进电动机按倒序依次使绕组通电,即:…,则步进电动机将按顺时针方向旋转。步进电机绕组每次通断电使转子转过的角度称之为步距角。上述分析中的步进电机步距角为300。对于一个真实的步进电动机,为了减少每通电一次的转角,,当U相定子小齿与转子小齿对正时,V相和W相定子上的齿则处于错开状态,如图5-13所示。工作原理与上同,只是步距角是小齿距夹角的1/3。2、步进电动机的通电方式如果步进电动机绕组的每一次通断电操作称为一拍,每拍中只有一相绕组通电,其余断电,这种通电方式称为单相通电方式。三相步进电动机的单相通电方式称为三相单三拍通电方式。如:。如果步进电动机通电循环的每拍中都有两相绕组通电,这种通电方式称为双相通电方式。三相步进电动机采用双相通电方式时(如:),称为三相双三拍通电方式。如果步进电动机通电循环的各拍中交替出现单、双相通电状态,这种通电方式称为单双相轮流通电方式。三相步进电动机采用单双相轮流通电方式时,每个通电循环中共有六拍,因而又称为三相六拍通电方式,即。一般情况下,m相步进电动机可采用单相通电、双相通电或单双相轮流通电方式工作,对应的通电方式可分别称为m相单m拍、m相双m拍或m相2m拍通电方式。由于采用单相通电方式工作时,步进电动机的矩频特性(输出转矩与输入脉冲频率的关系)较差,在通电换相过程中,转子状态不稳定,容易失步,因而实际应用中较少采用。图5-14是某三相反应式步进电动机在不同通电方式下工作时的矩频特性曲线。显然,采用单双相轮流通电方式可使步进电动机在各种工作频率下都具有较大的负载能力。图5-14不同通电方式时的矩频特性图5-15启动矩频特性通电方式不仅影响步进电动机的矩频特性,对步距角也有影响。一个m相步进电动机,如其转子上有z个小齿,则其步距角可通过下式计算:(5-12)式中,k是通电方式系数,当采用单相或双相通电方式时,k=1,当采用单双相轮流通电方式时,k=2。可见采用单双相轮流通电方式还可使步距角减小—半。步进电机的步距角决定了系统的最小位移,步距角越小,位移的控制精度越高。(1)步距角α指每给一个脉冲信号,电机转子应转过角度的理论值。它取决于电机结构和控制方式。步距角可按下式计算:(7-1)式中m——定子相数;z——转子齿数;k——通电系数,若连续两次通电相数相同为1,若不同则为2。数控机床所采用步进电机的步距角一般都很小,如:3°/°,°/°,°/°等,是步