《电机与电气控制技术 教学课件 ppt 作者 姜新桥 蔡建国 单元四 控制电动机的控制》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与电气控制技术 教学课件 ppt 作者 姜新桥 蔡建国 单元四 控制电动机的控制（133页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、单元四 控制电动机的控制,武汉职院,主要内容,步进电动机及其控制 交流伺服系统的组成与原理 三菱通用伺服驱动器 交流伺服系统应用实例,任务一 步进电动机及其控制,步进电动机 步进驱动器 步进电动机的PLC控制,任务二 交流伺服系统的组成与原理,交流伺服系统的框图及说明 伺服电动机与编码器 伺服驱动器的结构与原理,任务三 三菱通用伺服驱动器,三菱通用伺服驱动器的面板与型号说明 伺服驱动器与辅助设备的接线 伺服驱动器的显示操作 伺服驱动器的参数设置,任务四 交流伺服系统应用实例,速度控制模式的应用实例及标准接线 转矩控制模式的应用及标准接线 位置控制模式的应用实例及标准接线,任务一 步进电动机及其
2、控制,任务要求 1熟悉步进电动机工作原理。 2掌握步进驱动器的设置。 3掌握步进电动机的PLC控制。 本任务先介绍步进电动机工作原理与结构及其运行参数，然后介绍步进驱动器内部组成与原理、外部接线与说明、细分设置、工作电流设置、静态电流设置，最后介绍步时电机控制实例。,4.1.1 步进电动机,步进电动机是一种用电脉冲控制运转的电动机，每输入一个电脉冲，电动机就会旋转一定的角度，因此步进电动机又称为脉冲电动机。步进电动机的转速与脉冲频率成正比，脉冲频率越高，单位时间内输入电动机的脉冲个数越多，转速越快，旋转角度越大。 步进电动机广泛用在雕刻机、激光制版机、贴标机、激光切割机、喷绘机、数控机床、机器
3、手等各种中大型自动化设备和仪器中。,1外形,图4.1 步进电动机的外形,2结构与工作原理,图4.2 与步进电动机有关的实验现象,（2）工作原理,步进电动机种类很多，根据运转方式可分为旋转式、直线式和平面式，其中旋转式应用最为广泛。旋转式步进电动机又分为永磁式和反应式，永磁式步进电动机的转子采用永久磁铁制成，反应式步进电动机的转子采用软磁性材料制成。由于反应式步进电动机具有反应快、惯性小和速度高等优点，因此应用很广泛。,图4.3 三相六极反应式步进电动机工作原理说明, 反应式步进电动机,从图中可以看出，当A、B、C相按ABC顺序依次通电时，转子逆时针旋转，并且转子齿1由正对A极运动到正对C；若按
4、ACB顺序通电，转子则会顺时针旋转。给某定子绕组通电时，步进电动机会旋转一个角度；若按ABCABC顺序依次不断地给定子绕组通电，转子就会连续不断地旋转。 图4.3中的步进电动机为三相单三拍反应式步进电动机，其中“三相”是指定子绕组为3组，“单”是指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指在一个通电循环周期内绕组有3次供电切换。,步距角,式中，Z为转子的齿数、N为一个通电循环周期的拍数。, 三相单双六拍反应式步进电动机,图4.4 三相单双六拍反应式步进电动机结构示意图,三相单双六拍反应式步进电动机工作原理分析,第一，当A相定子绕组通电时，如图4.4（a）所示，绕组产生磁场，由于磁场磁感线力图通过磁阻最
5、小的路径，因此在磁场的作用下，转子旋转使齿1、3分别正对A、A极。 第二，当A、B相定子绕组同时通电时，绕组产生如图4.4（b）所示的磁场，在绕组磁场的作用下，转子旋转使齿2、4分别向B、B极靠近。 第三，当B相定子绕组通电时，如图4.4（c）所示，绕组产生磁场，在绕组磁场的作用下，转子旋转使齿2、4分别正对B、B极。 第四，当B、C相定子绕组同时通电时，如图4.4（d）所示，绕组产生磁场，在绕组磁场的作用下，转子旋转使齿3、1分别向C、C极靠近。 第五，当C相定子绕组通电时，如图4.4（c）所示，绕组产生磁场，在绕组磁场的作用下，转子旋转使齿3、1分别正对C、C极。 从图中可以看出，当A、B
6、、C相按AABBBCCCAA顺序依次通电时，转子逆时针旋转，每一个通电循环分6拍，其中3个单拍通电，3个双拍通电，因此这种反应式步进电动机称为三相单双六拍反应式步进电动机。三相单双六拍反应式步进电动机的步距角为15。,（3）结构,不管是三相单三拍步进电动机还是三相单双六拍步进电动机，它们的步距角都比较大，若用它们作为传动设备动力源时往往不能满足精度要求。为了减小步距角，实际的步进电动机通常在定子凸极和转子上开很多小齿，这样可以大大减小步距角。步进电动机的结构示意图如图4.5所示。步进电动机的实际结构如图4.6所示。,图4.5 三相步进电动机的结构示意图,图4.6 步进电动机的结构,4.1.2
7、步进驱动器,步进电动机工作时需要提供脉冲信号，并且提供给定子绕组的脉冲信号要不断切换，这些需要专门的电路来完成。为了使用方便，通常将这些电路做成一个成品设备步进驱动器。步进驱动器的功能就是在控制设备（如PLC或单片机）的控制下，为步进电动机提供工作所需的幅度足够的脉冲信号。 步进驱动器种类很多，使用方法大同小异，下面主要以HM275型步进驱动器为例进行说明。,1外形,2内部组成与原理,图4.8所示虚线框内部分为步进驱动器，其内部主要由环形分配器和功率放大器组成。 步进驱动器有3种输入信号，分别是脉冲信号、方向信号和使能信号，这些信号来自控制器（如PLC、单片机等）。在工作时，步进驱动器的环形分
8、配器将输入的脉冲信号分成多路脉冲，再送到功率放大器进行功率放大，然后输出大幅度脉冲去驱动步进电动机；方向信号的功能是控制环形分配器分配脉冲的顺序，比如先送A相脉冲再送B相脉冲会使步进电动机逆时针旋转，那么先送B相脉冲再送A相脉冲则会使步进电动机顺时针旋转；使能信号的功能是允许或禁止步进驱动器工作，当使能信号为禁止时，即使输入脉冲信号和方向信号，步进驱动器也不会工作。,图4.8 步进驱动器的组成框图,3步进驱动器的接线及说明,步进驱动器的接线包括输入信号接线、电源接线和电动机接线。HM275D型步进驱动器的典型接线如图4.9所示，图4.9（a）为HM275D与NPN三极管输出型控制器的接线图，图
9、4.9（b）为HM275D与PNP三极管输出型控制器的接线图。 （1）输入信号接线 （2）电源与输出信号接线,HM275D型步进驱动器接线端子,HM275D型步进驱动器的6个输入接线端子及电源与输出接线端子,4步进电动机的接线及说明,HM275D型步进驱动器可驱动所有相电流为7.5A以下的四线、六线和八线的两相、四相步进电动机。由于HM275D型步进驱动器只有A+、A、B+和B4个脉冲输出端子，故连接四线以上的步进电动机时需要先对步进电动机进行必要的接线。步进电动机的接线如图4.12所示，图中的NC表示该接线端悬空不用。,5细分设置,为了提高步进电动机的控制精度，现在的步进驱动器都具备了细分设
10、置功能。所谓细分是指通过设置驱动器来减小步距角。例如若步进电动机的步距角为1.8，旋转一周需要200步，若将细分设为10，则步距角被调整为0.18，旋转一周需要2000步。 HM275D型步进驱动器面板上有SW1SW9共9个开关，如图4.13所示。SW1SW4用于设置驱动器的输出工作电流，SW5用于设置驱动器的脉冲输入模式，SW6SW9用于设置细分。SW6SW9开关的位置与细分关系参见表4.1。例如当SW6SW9分别在ON、ON、OFF、OFF位置时，将细分数设为4，电动机旋转一周需要800步。,图4.13 面板上的SW1SW9开关及功能,SW6SW9开关的位置与细分关系,在设置细分时要注意以
11、下事项。 一般情况下，细分不能设置过大，因为在步进驱动器输入脉冲不变的情况下，细分设置越大，电动机转速越慢，电动机的输出力矩会变小。 步进电动机的驱动脉冲频率不能太高，否则电动机输出力矩会迅速减小，而细分设置过大会使步进驱动器输出的驱动脉冲频率过高。,6工作电流的设置,为了能驱动多种功率的步进电动机，大多数步进驱动器具有工作电流（也称动态电流）设置功能。当连接功率较大的步进电动机时，应将步进驱动器的输出工作电流设大一些。对于同一电动机，工作电流设置越大，电动机输出力矩越大，但发热越严重，因此通常将工作电流设定在保证电动机长时间工作出现温热但不过热的数值。 HM275D型步进驱动器面板上有SW1
12、SW4共4个开关，用来设置工作电流大小，SW1SW4开关的位置与工作电流值关系参见表4.2。,7静态电流的设置,在停止时，为了锁住步进电动机，步进驱动器仍会输出一路电流给电动机的某相定子绕组，该相定子凸极产生的磁场吸引住转子，使转子无法旋转。步进驱动器在停止时提供给步进电动机的单相锁定电流称为静态电流。 HM275D型步进驱动器的静态电流由内部S3跳线来设置，如图4.14所示。当S3接通时，静态电流与设定的工作电流相同，即静态电流为全流；当S3断开（出厂设定）时，静态电流为待机自动半电流，即静态电流为半流。一般情况下，如果步进电动机负载为提升类负载（如升降机），静态电流应设为全流。对于平移动类
13、负载，静态电流可设为半流。,图4.14 S3跳线设置静态电流,8脉冲输入模式的设置,HM275D型步进驱动器的脉冲输入模式有单脉冲和双脉冲两种。脉冲输入模式由SW5开关来设置。当SW5为OFF时为单脉冲输入模式，即脉冲+方向模式，PUL端定义为脉冲输入端，DIR定义为方向控制端；当SW5为ON时为双脉冲输入模式，即脉冲+脉冲模式，PUL端定义为正向（CW）脉冲输入端，DIR定义为反向（CCW）脉冲输入端。 单脉冲输入模式和双脉冲输入模式的输入信号波形如图4.15所示，下面对照图4.9（a）来说明两种模式的工作过程。,图4.15 两种脉冲输入模式的信号波形,4.1.3 步进电动机的PLC控制,1
14、步进电动机正反向定角循环运行控制实例 （1）控制要求。 采用PLC作为上位机来控制步进驱动器，使之驱动步进电动机定角循环运行。具体控制要求如下。 按下起动按钮，控制步进电动机顺时针旋转2周（720），停5s，再逆时针旋转1周（360），停2s，如此反复运行。按下停止按钮，步进电动机停转，同时电动机转轴被锁住。 按下脱机按钮，松开电动机转轴。,（2）控制线路图,图4.16 步进电动机正反向定角循环运行控制的线路, 起动控制,按下起动按钮SB1，PLC的X0端子输入为ON，内部程序运行，从Y2端输出高电平（Y2端子内部三极管处于截止状态），从Y1端输出低电平（Y1端子内部三极管处于导通状态），从Y
15、0端子输出脉冲信号（Y0端子内部三极管导通、截止状态不断切换），结果驱动器的R/S端得到高电平、DIR端得到低电平、PUL端输入脉冲信号，驱动器输出脉冲信号驱动步进电动机顺时针旋转2周，然后PLC的Y0端停止输出脉冲、Y1端输出变为高电平、Y2端输出仍为高电平，驱动器只输出一相电流到电动机，锁住电动机转轴，电动机停转；5s后，PLC的Y0端又输出脉冲、Y1端输出高电平、Y2端仍输出高电平，驱动器驱动电动机逆时针旋转1周，接着PLC的Y0端又停止输出脉冲、Y1端输出高电平、Y2端输出仍为高电平，驱动器只输出一相电流锁住电动机转轴，电动机停转；2s后，又开始顺时针旋转2周控制，以后重复上述过程。,
16、 停止控制和 脱机控制,在步进电动机运行过程中，如果按下停止按钮SB2，PLC的Y0端停止输出脉冲（输出为高电平）、Y1端输出高电平、Y3端输出为高电平，驱动器只输出一相电流到电动机，锁住电动机转轴，电动机停转，此时手动无法转动电动机转轴。 在步进电动机运行或停止时，按下脱机按钮SB3，PLC的Y2端输出低电平，R/S端得到低电平。如果步进电动机先前处于运行状态，R/S端得到低电平后驱动器马上停止输出两相电流，电动机处于惯性运转；如果步进电动机先前处于停止状态，R/S端得到低电平后驱动器马上停止输出一相锁定电流，这时可手动转动电动机转轴。松开脱机按钮SB3，步进电动机又开始运行或进入自锁停止状态。,（3）细分、工作电流和脉冲输入模式的设置,驱动器配接的步进电动机的步距角为1.8、工作电流为3.6A，驱动器的脉冲输入模式为单脉冲输入模式，可将驱动器面板上的SW1SW9开关按图4.17所示进行设置，其中将细分设为4。,图4.17 细分、工作电流和
