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1、情景四 步进电机,任务4-1 步进电机原理与应用结构与工作原理,知识目标 1、掌握步进电动机的结构。 2、掌握步进电动机的工作原理。 3、了解步进电动机的应用。 能力目标 步进电动机的接线、操作使用,步进电机外形结构,常见步进电机外形构造,步进电机内部结构,步进电机内部结构,步进电机的内部构造,步进电机分类, 按照力矩产生原理分类 激磁式 反应式 混合式 按照定子数目分类 单定子 双定子 多定子 按照定子励磁相数分类 三相 四相 五相 六相 按照各相绕组的分布规律分类 径向分相 (垂轴式) 轴向分相 (顺轴式),三段式（三定子）轴向分相步进电机,1 线圈 2 定子 3转子,单段反应式步进电机的
2、工作原理 内部结构,反应式步进电机的内部结构横剖面示意图,A相定子绕组通电形成磁场,单段反应式步进电机的工作原理 磁场形成,步进电机节拍运动动画,单段反应式步进电机的工作原理 节拍运动动画,步距角： 步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，转子转过的角度称步距角。,单相轮流通电（M相单M拍） 顺时针轮回 ABCA 逆时针轮回 ACBA 双相轮流通电（M相双M拍） 顺时针轮回 ABBCCAAB 逆时针轮回 BAACCBBA 单双相轮流通电（M相2M拍） 顺时针轮回 AABBBCCCAA 逆时针轮回 AACCCBBBAA,单段反应式步进电机的工作原理 定子的通电方式,单段反应式步进电机的工作原理 两
3、转子齿,单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿,定子通电顺序： ABCA 转子旋转方向： 顺时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿,定子通电顺序: ACBA 转子旋转方向： 逆时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿,定子通电顺序： ABBCCAAB 转子旋转方向： 顺时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿,定子通电顺序： BAACCBBA 转子旋转方向： 逆时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿,定子通电顺序： AABBBCCCAA 转子旋转方向： 顺时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 两转子齿,定子通电顺序： AACC
4、CBBBAA 转子旋转方向：逆时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿,定子通电顺序： ABCA 转子旋转方向： 逆时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿,定子通电顺序: ACBA 转子旋转方向： 顺时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿,定子通电顺序： ABBCCAAB 转子旋转方向： 逆时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿,定子通电顺序： BAACCBBA 转子旋转方向： 顺时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理 四转子齿,定子通电顺序： AABBBCCCAA 转子旋转方向：逆时针 步距角：,单段反应式步进电机的工作原理
5、 四转子齿,定子通电顺序： AACCCBBBAA 转子旋转方向： 顺时针 步距角：,步距角： 步进电机的定子绕组每改变一次通电状态，转子转过的角度称步距角。 转子齿数越多，步距角 越小 定子相数越多，步距角 越小 通电方式的节拍越多，步距角 越小,式中：m 定子相数 Z 转子齿数 C 通电方式 C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式 C = 2 单、双相轮流通电方式,常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机： 五相步进电机：,转子转动的原因分析,转子转动的原因分析,步进电机的实际结构,步进电机的实际结构,步
6、进电机展开结构,实际步进电机转动的模拟, 控制输入给步进电机的脉冲数目可以控制步进电机的角位移,结论, 控制输入给步进电机的脉冲的频率可以控制步进电机的转速, 控制步进电机定子绕组的通电顺序可以控制步进电机的转动 方向,步进电机的驱动控制,步进电机的驱动控制,功率 放大 器,环形 分配 器,加减 速 电路,脉冲 混合 电路,加减 脉冲 分配 电路,进给 脉冲,至步进 电机绕阻,1. 脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合为正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路 将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲,3. 加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进
7、电机加减速特性的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数。 4. 环形分配器 将来自加减速电路的一系列进给脉冲转换成控制步进电机定子绕阻通、断电的电平信号，电平信号状态的改变次数及顺序与进给脉冲的个数及方向对应。 5. 功率放大器 将环形分配器输出的mA级电流进行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器组成。,步进电机的驱动控制,将插补器的单序列脉冲转换为步进电机需要的多序列 脉冲的装置叫环行分配器。 环行分配器可以由硬件构成也可以由软件构成。,环行分配器,环行分配器的工作原理,硬件环行分配器的基本构成是触发器。因为步进电机有 几相就需要几个序列脉冲，所以步进电机有几相，就要设置 几个触
8、发器。每个触发器发出的脉冲就是一个序列脉冲，用 来控制步进电机某相定子绕组的通、断电。 触发器工作的同步信号就是来自插补器的某个坐标轴的 位移驱动信号x或y。,三相单三拍工作方式：ABCA 当QA有输出A，就使步进电机的A相通电， 当QB有输出B，就使步进电机的B相通电， 当QC有输出C，就使步进电机的C相通电。 输出波形如下,环行分配器的工作原理,如果用D触发器,则触发器的输入端就是D端，它的信号也 取自触发器本身，不过这中间还要加一定的外接无源电路。触 发器的输出和输入通过一定的外电路连接在一起，构成一个封 闭的整体环形电路，只要有x这个单序列脉冲它就能连续不断 地输出A、B、C，这就是我们把它称为环行分配器的道 理。即环行就是触发器的输入由其输出连接，分配就是根据步 进电机定子绕组的通电顺序要求对x的序列脉冲进行再分配。 所以也常直接称其为脉冲分配器。,环行分配器的工作原理,步进电动机的应用,步进电动机的转速不受电压和负载变化的影响， 也不受环境条件(温度、压力等)的限 制。仅与脉冲频率 成正比，同时正常工作状态下，角位移的误差不会长期积累， 所以被广泛应用于高精度的控制系统中，如数控机床、 绘图仪、自动记录仪表、检测仪表、打印机等。,针式打印机工作原理示意图,步进电动机的应用,