西安电子科技大学考研复试科目-微机原理与接口

西安电子科技大学考研复试科目课件

微机原理及接口技术

第

8章

基于总线的I/O接口设计

8.1 基于ISA总线的I/O接口设计8.1.5 步进电机接口

西安电子科技大学考研复试科目课件

8.1.5 步进电机接口

交流电机 连续转动 控制信号 → 机械动作 → 电机 直流电机 步进电机：一步一步转动

西安电子科技大学考研复试科目课件

8.1.5 步进电机接口 一、步进电机的基本工作原理 (一)概述 步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲 信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。

主要优点：

步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，仅与脉冲 个数、脉冲频率有关。 每转一周有固定的步数，在不失步的情况下运行，其步距 误差不会长期积累 → 精度高、定位准确。 适合于在数字控制的开环系统中作为驱动电机。 效率低，需配适当的驱动电源。 带惯性负载的能力不强。3

主要缺点：

西安电子科技大学考研复试科目课件

8.1.5 步进电机接口 一、步进电机的基本工作原理 特点

(一)概述

来一个脉冲，转一个步距角。 控制脉冲频率，可控制电机转速。 改变线圈的通电顺序，即可改变旋转方向。 励磁式步进电机：转子上有励磁线圈。 反应式步进电机：转子上没有励磁线圈，应用广泛。

种类：励磁式、反应式(磁阻式)

应用：

非常广泛。如：在数控机床、打印机、绘图仪、扫描仪、 磁盘驱动器等设备中都得到应用。4

西安电子科技大学考研复试科目课件

8.1.5 步进电机接口 一、步进电机的基本工作原理 (二)三相反应式步进电机的工作原理

西安电子科技大学考研复试科目课件

1. 结构： 步进机主要由定子和转子两部分构成。它们均由磁性 材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。 定子绕组定子

转子

西安电子科技大学考研复试科目课件

IA

A 定子

转子

C

IC

IB

B

定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极 组成一相。7

西安电子科技大学考研复试科目课件

2. 工作方式 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相双 三拍、三相单双六拍等。

“三相”:步进电机的相数； “单”:每次只给一相绕组通电； “双”:每次同时给二相绕组通电； “三拍”:定子控制绕组共改变三次通电方式， 完成一个循环。8

西安电子科技大学考研复试科目课件

2. 工作方式 步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单 双六拍、三相双三拍等。1)三相单三拍(1相激磁方式) ① 三相绕组联接方式：Y 型 ② 三相绕组中的通电顺序为：

A相 B相 C相通电顺序也可以为： A 相 C 相 B 相9

西安电子科技大学考研复试科目课件

③ 工作过程A 相通电，A 方向的磁通AB' 1

C'2

经转子形成闭合回路。 若转子和磁场轴线方向 原有一定角度，则在磁

4

C

3 A'

B

场的作用下，转子被磁

化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁 路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。

A相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。10

西安电子科技大学考研复试科目课件

AB'

A C' BB'

C' BA'

CA'

C

同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐， 相对A相通电位置转30 ;C相通电再转30 。11

西安电子科技大学考研复试科目课件

这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。定子控制绕组每改变一次通电方 式，称为一拍；此时电机转过的 空间角度称为步距角。齿数

三相单三拍的特点：

(1)齿距角： t =360/Zr = 90° / 步距角： S = t / 3 =90° 3

拍数

(2)转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺序即可改变转向；转速取决于控 制绕组通电方式改变的频率。12

西安电子科技大学考研复试科目课件

2)三相双三拍(2相激磁方式)

三相绕组的通电顺序为： AB BC CA

共三拍。

AB'

A C'B'

C' BA'

CA'

B

C

AB通电

BC通电13

西安电子科技大学考研复试科目课件

A B' C A' C' B

工作方式为三相双三 拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转 30 ,即 S = 30 。

CA通电

西安电子科技大学考研复试科目课件

3)三相单双六拍(1-2相激磁方式) 三相绕组的通电顺序为： A AB B BC C CA 共六拍。 工作过程：AB' 4

12

C' B

C

3 A'

A相通电，转子1、3齿和A相对齐。15

西安电子科技大学考研复试科目课件

A、B相同时通电AB'

C' BA'

C

(1)BB' 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。

(2)AA' 磁场继续对1、3齿有拉力。 所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA' 通电，转子转了15°。16

西安电子科技大学考研复试科目课件

B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15 。AB'

C' BA'

C

总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角 S = t / 6 =90° 6 ,为15 。 / 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。17

西安电子科技大学考研复试科目课件

步距角：步进机通过一个电脉冲，转子转过的角度。 步距角

360 如：Zr = 4 , m = 3 时， S 30 4 3转速

360 S Zr m

m:一个周期的运行拍数 Zr:转子齿数

“控制绕组相数”×1或 ×2

60 f n (rpm) Zr mf:电脉冲的频率18

西安电子科技大学考研复试科目课件

8.1.5 步进电机接口 一、步进电机的基本工作原理 (三)小步距角的步进电机

西安电子科技大学考研复试科目课件

A

实际采用的步 进电机的步距角多为 3度和1.5度，步距角 越小，机加工的精度 越高。

A B’ C’

C A’

B

B C

为产生小步距角，定、转子都做成多齿的， 图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁 极上也有五个齿。20

西安电子科技大学考研复试科目课件

转子的齿距等于360 / 40=9 , 齿宽、齿槽各4.5 。 步距角：

A

A B’ C’

360 S Zr m 360 3 40 3 1三相 C 一相或二相激磁

C A’

B

B

为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿， 齿宽和齿槽和转子相同。21