第14课 步进电动机及驱动控制电路教案.docVIP

课时安排： 2 学时 课程类型：理论课√ 实验课□ 实习课□ 习题课□ 实训课□ 其它□ 教学地点：普通教室√ 多媒体教室□ 计算机房□ 实验室□ 实训中心□ 其它□ 题 目：步进电动机及驱动控制电路（一） 教学目的及教学要求： 1、掌握步进电动机的分类、结构； 2、掌握步进电动机的工作原理。 教学重点和难点： 步进电动机的工作原理 教学方法与媒介： 讲授、多媒体课件及模型 班级 07数控(1)、（2）、（3） 作 业： P 96 5、6、7 教学后记： I、示标 II、复习 1、伺服系统应具有的基本性能； 2、位置控制系统和速度控制系统的主要技术指标。 III、新授 步进电动机伺服系统 步进电动机伺服系统一般构成典型的开环伺服系统，其基本机构如上 图所示。在这种开环伺服系统中，执行元件是步进电动机。步进电动机是一种可将电脉冲转换为机械角位移的控制电动机，并通过丝杠带动工作台移动。通常该系统中无位置、速度检测环节，其精度主要取决于步进电动机的步距角和与之相联传动链的精度。步进电动机的最高转速通常均比直流伺服电动机和交流伺服电动机低，且在低速时容易产生振动，影响加工精度。但步进电动机伺服系统的制造与控制比较容易，在速度和精度要求不太高的场合有一定的使用价值，同时步进电动机细分技术的应用，使步进电动机开环伺服系统的定位精度显著提高，并可有效地降低步进电动机的低速振动，从而使步进电动机伺服系统得到更加广泛的应用。特别适合于中、低精度的经济型数控机床和普通机床的数控化改造。 步进电动机伺服系统主要应用于开环位置控制中，该系统由环形分配器、步进电动机、驱动电源等部分组成。这种系统简单容易控制，维修方便且控制为全数字化，比较适应当前计算机技术发展的趋势。 一、步进电动机的分类、结构和工作原理 1．步进电动机的分类 步进电动机的分类方法很多，根据不同的分类方式，可将步进电动机分为多种类型，如表4-1所示。 表4-1 步进电动机的分类 分 类 方 式 具 体 类 型 按力矩产生的原理 （1）反应式：转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行 （2）激磁式：定、转子均有激磁绕组（或转子用永久磁钢），由电磁力矩实现步进运行 按输出力矩大小 （1）伺服式：输出力矩在百分之几到十分之几（N?m）只能驱动较小的负载，要与液压扭矩放大器配用，才能驱动机床工作台等较大的负载 （2）功率式：输出力矩在5~50 N?m以上，可以直接驱动机床工作台等较大的负载 按定子数 （1）单定子式；（2）双定子式；（3）三定子式；（4）多定子式 按各相绕组分布 （1）径向分相式：电机各相按圆周依次排列 （2）轴向分相式：电机各相按轴向依次排列 2．步进电动机的结构 目前，我国使用的步进电动机多为反应式步进电动机。在反应式步进电动机中，有轴向分相和径向分相两种。图4-1所示是一典型的单定子、径向分相、反应式伺服步进电动机的结构原理图。它与普通电动机一样，也是由定子和转子构成，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成，定子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。图4-1所示的步进电动机可构成A、B、C三相控制绕组，故称三相步进电动机。若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极，其方向即图中所示的NS极。在定子的每个磁极上面向转子的部分，又均匀分布着5个小齿，这些小齿呈梳状排列，齿槽等宽，齿间夹角为。转子上没有绕组，只有均匀分布的40个齿，其大小和间距与定子上的完全相同。此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距，如图4-2所示。当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前（或滞后）转子齿1/3齿距角，C相磁极齿超前（或滞后）转子齿2/3齿距角。步进电动机每走一步所转过的角度称为步距角，其大小等于错齿的角度。错齿角度的大小取决于转子上的齿数，磁极数越多，转子上的齿数越多，步距角越小，步进电动机的位置精度越高，其结构也越复杂。 1-绕组 2-定子铁心 3-转子铁心 图4-1 单定子径向分相反应式步进电动机结构原理图 图4-2 步进电动机的齿距 图4-3是一个轴向分相、反应式伺服步进电动机的结构原理图。从图a）中可以看出，步进电动机的定子和转子在轴向分为五段，每一段都形成独立的一相定子铁心、定子绕组和转子。图b）所示的是其中的一段。各段定子铁心形如内齿轮，由硅钢片叠成。转子形如外齿轮，也由硅钢片叠成。各段定子上的齿在圆周方向均匀分布，