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免费毕业论文-型数控卧式铣床电气控制系统(5)

2013-07-20 01:11 nbsp;          开环步进伺服系统结构示意图
3.2、步进电动机的种类及特性
1 、步进电动机的种类
步进电动机是一种用电脉冲信号转换成相应的角位移的执行器。其角位移量与电脉冲数成正比，其转速与电脉冲频率成反比，通过改变脉冲频率就可以调节电动机的转速。如果停机后某些相的饶组仍保持通电状态，则还具有自锁能力。步进电动机每转一周都有固定的步数，从理论上说其步距误差不会积累。
步进电动机的最大缺点在与其容易失步。特别是在大负载和速度叫高的情况下，失步就更容易发生。
但是，最近几年来发展起来的恒流斩波驱动、PWM驱动、微步驱动、超微步驱动及其它们的综合运用，使得步进见动机的高频出力得到很大的提到，低频震荡得到显著改善，特别是在随着智能微步驱动技术的发展，必将步进电动机的性能提高到一个新的水平。它将以极佳的性能价格比，获得更为广泛的应用，字许多领域将取代直流伺服电动机及相应的伺服系统。
目前，步进电动机主要用于经济型数控机床的进给驱动。一般采用开环的控制结构。也有的采用的是步进电动机驱动的数控机床同时采用了位置检测元件，构成了反馈补偿型的驱动控制结构。
步进电动机按其输出扭距的大小，可分为快速步进电动机和功率步进电动机；按其励磁相数可分为三相、四相、五相、六相；按其工作原理可分为磁电式和反应式两大类。
2、步进电动机的主要特性
1）步距角  a  每输入一电脉冲信号，步进电动机的转子所转过的角度成为步距角。步进电动机步距角可按下式来 计算

                           a =  360/mkz

式中    m -----步进电动机的相数
        z------步进电动机转子的齿数
        k-------与通电方式有关的系数。当通电方式为单拍时，k =1;  双拍时， k =2..
2)静态步距角误差Δa     空载时，以单脉冲输入，步进电动机实际步距角与理论步距角之差称为静态步距角误差。它随步进电动机的制造精度而变化。
3）最大静转距Tmax     当步进电动机不改变通电状态转子不动时，在轴上加一负载转距，定子与转子就有一个角位移，使转子刚刚离开平衡位置的极限转距称为最大静转距，用T max表示。静转距越大，电动机所能承受的外加转距也越大，一般产品技术规格中给出的最大静转距是指在额定电流及规定的通电方式下的静转距。
设有三相步进电动机，其一转距特性如下图。则A相和B相的矩─-角特性交点的纵坐标Tq称为起动转矩。它表示步进电动机单相励磁时所能带动的极限负载转矩。
当电动机所带负载Tl<Tq时，A相通电，工作点在m点。在次点Ta =Tl, 励磁电流从A相切换到B相，而转子在m点位置时，B相励磁绕组产生的电磁转矩是TB>TA,转子旋转。前进到n 点时，TB =TL，转子到达新的平衡位置。显然，负载转矩TL不可大于A 、B两相交点的转矩Tq,否则转子无法转动，产生“失步”现象。不同相数的步进电动机的起动转矩不同，通过计算可得下表的结果

          
  A        B         C

 步进电动机的最大负载能力
 
 
 
 
4．3 工作原理
  由于步进电机是一种将电脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件，它不能直接接到交直流电源上，而必须使用专用设备-步进电机控制驱动器，控制器可以发出脉冲频率从几赫兹到几十千赫兹可以连续变化的脉冲信号，它为环形分配器提供脉冲序列。环形分配器的主要功能是把来自控制环节的脉冲序列按一定的规律分配后，经过功率放大器的放大加到步进电机驱动电源的各项输人端，以驱动步进电机的转动。环形分配器主要有两大类：一类是用计算机软件设计的方法实现环分器要求的功能，通常称软环形分配器。另一类是用硬件构成的环形分配器，通常称为硬环形分配器。功率放大器主要对环形分配器的较小输出信号进行放大.以达到驱动步进电机目的。

（转载自中国科教评价网www.nseac.com ）

3.3 步进电动机的选用

合理的选用步进电动机是相当重要的，通常是希望步进电动机的输出 转距大，起动频率和运行频率高，步距误差小，性能价格比高。但增大转距与快速运行存在一定的矛盾，高兴能与低成本存在矛盾，因此在实际 选用时，必须全面考虑。
首先，应考虑系统的精度和速度的要求。为了提高精度，希望脉冲当量小。但是脉冲当量越小，系统的运行速度就越低。故应兼顾精度与速度的要求来选择系统的脉冲当量。在脉冲当量确定以后，又可以以次为依据来选择步进电动机的步距和传动机构的传动比。
步进电动机的步距角从理论上讲是固定的，但实际上是有误差的。另外，负载转距也将引起步进电动机的定位误差。我们应将步进电动机的步距误差、负载引起的定位误差和传动机构的误差全部考虑在内，使总的误差小于数控机床允许的误差。
 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。    步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。    选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。    选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。