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步进电机控制及高速脉冲指令的设计
步进驱动器
• 环型分配器的功能: 主要是把外部CP端送 入的脉冲进行分配, 给功率放大器,功率 放大器相应的晶体管 导通,步进电机的线 圈得电。
步进电机、步进驱动器和PLC之间的连接
步进驱动器工作模式
• 有三种基本的步进电机驱动模式:整步、半步、 细分。其主要区别在于电机线圈电流的控制精度 (即激磁方式)。 • 整步驱动按输出力矩大 小按定子数 按各相绕组分 布
步进电机的结构
目前,我国使用的步进电机多为反应式步进电机。 在反应式步进电机中,有轴向分相和径向分相两种 轴向分相:各相绕组按轴向依次排列。 径向分相:各相绕组按圆周依次排列。
轴 向 分 布
步进电机工作原理
步进电机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。
当某相定子励磁后:它吸引转子,转子的齿与该相定子磁 极上的齿对齐,转子转动一个角度,换一相得电时,转子 又转过一个角度,如此每相不停地轮流通电,转子不停地 转动。
步进电机绕组的通断电状态每改变一次,其转子转过的角 度α称为步距角。
步进电机工作原理
三相单三拍。得电相序为A-B-C-A 步进电机逆时针旋转
步进电机工作原理
• 综上所述,可以得到如下结论: (1) 步进电机定子绕组的通电状态每改变一次,它的转子便转 过一个确定的角度,即步进电机的步距角α; (2) 改变步进电机定子绕组的通电顺序,转子的旋转方向随之 改变; (3) 步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快,其转子旋转 的速度越快,即通电状态的变化频率越高,转子的转速越高; (4) 步进电机步距角α与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通 电方式k有关,可用下式表示:
步进驱动器有关细分的设置
• 什么叫细分? • 为了提高步进电机控制的精度,现在的步进驱动器都有细 分功能,所谓细分就是通过驱动器中电路的方法把把步距 角减小。 • 例如把步进驱动器设置成5细分,假设原来步距角为1.8°, 那么设置成5细分后,步距角就是0.36°。即原来一步可 以走完的,设置成细分后需要走5步。
步进电机的种类
分 类 方 式 按力矩产生的 原理 具 体 类 型 (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 (1)伺服式:输出力矩在百分之几之几至十分之几(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 (1)单定子式(2)双定子式(3)三定子式(4)多定子式 (1)径向分布式:电机各相按圆周依次排列 (2)轴向分布式:电机各相按轴向依次排列
式中m相m拍时,k=1;m相2m拍时,k=2;依此类推。
步进驱动器原理
• 从步进电机的转动原理可以看出,要使步进电机
正常运行,必须按规律控制步进电机的每一相绕
组得电。步进驱动器接收外部的信号是方向信号
(DIR)和脉冲信号(CP)。另外步进电机在停止 时,通常有一相得电,电机的转子被锁住,所以 当需要转子松开时,可以使用脱机信号(FREE).
三相单三拍。得电相序为A-C-B-A 步进电机顺时针旋转
• 电机的运行方向与通电的相序有关,改变通电的相序,电
机的运行方向会改变。
步进电机工作原理
• 上面所述的这种通电方式称为三相三拍。还有一种三相六拍的通电方 式,它的通电顺序是:顺时针为A → AB → B → BC → C → CA → A … ;逆时针为A → AC → C→ CB → B → BA →A…。 • 若以三相六拍通电方式工作,当A相通电转为A和B同时通电时,转子 的磁极将同时受到A相绕组产生的磁场和B相绕组产生的磁场的共同吸 引,转子的磁极只好停在A和B两相磁极之间,这时它的步距角α等于 30°。当由A和B两相同时通电转为B相通电时,转子磁极再沿顺时针 旋转30°,与B相磁极对齐。其余依此类推。采用三相六拍通电方式, 可使步距角α缩小一半。
在整步运行中,同一种步进电机既可配整/半步驱动器也可配细分驱 动器,但运行效果不同。步进驱动器按脉冲/方向指令对两相步进电 机的两个线圈循环激磁(即将线圈充电设定电流),这种驱动方式的 每个脉冲将使电机移动一个基本步距角,即1.80 度(标准两相电机的 一圈共有200个步距角)。
• 半步驱动
• 在单相激磁时,电机转轴停至整步位置上,驱动器收到下
步进控制系统的组成
控制器 1.PLC、单片机、位置控 制模块等。 2.产生脉冲和方向信号。
步进驱动器 1.对控制器送来的 脉冲和方向信号进 行放大和分配。
步进电机和工作台 步进电机按照分配 来的信号运行驱动 工作台。
步进电机结构和工作原理
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控 制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只 取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响, 即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。 脉冲数越多电机转动的角度越大。 脉冲的频率越高电机的转速越快,但不能超过最高频率否 则电机的力矩会迅速减小,电机不转。
• 细分驱动
• 细分驱动模式具有低速振动极小和定位精度高两大优点。 对于有时需要低速运行(即电机转轴有时工作在60rpm以 下)或定位精度要求小于0.90度的步进应用中,细分驱动 器获得广泛应用。其基本原理是对电机的两个线圈分别按 正弦和余弦形的台阶进行精密电流控制,从而使得一个步 距角的距离分成若干个细分步完成。如上图所示。例如十 六细分的驱动方式可使每圈200标准步的步进电机达到每 圈200*16=3200步的运行精度(即0.1125°)。Leadshine 公司可提供规格齐全、性能优越、品质可靠、价格优惠的 十余款细分驱动器。
一脉冲后,如给另一相激磁且保持原来相继处在激磁状态, 则电机转轴将移动半个步距角,停在相邻两个整步位置的 中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后双相激磁步进 电机将以每个脉冲0.90度的半步方式转动。所有 Leadshine公司的整/半步驱动器都可以执行整步和半步驱 动,由驱动器拨码开关的拨位进行选择。和整步方式相比, 半步方式具有精度高一倍和低速运行时振动较小的优点, 所以实际使用整/半步驱动器时一般选用半步模式。