三相步进电机

《单片机原理及应用》课程设计报告书

课题名称单片机控制步进电机

姓名

学号

专业

指导教师

机电与控制工程学院

2014 年5月30 日

任务书

单片机控制步进电机

步进电机是工业过程控制及仪表中的主要控制元件之一，它可以在机械结构中把丝杠的角度变成直线位移，也可以用它带动螺旋电位器，调节电压和电流，从而实现对执行机构的控制。在数字控制系统中，由于它可以直接接受计算机输出的数字信号，而不需要进行D/A 转换，所以使用起来十分方便。步进电机具有快速的启停能力和精度高的显著特点，在定位场合得到了广泛的应用。

步进电机实际上是一个数字/角度转换器，也是一个串行的数/模转换器。因此，需把并行的二进制转换成串行的脉冲序列，并实现方向控制。每当步进电机脉冲输入线上得到一个脉冲，它便沿着特定的方向走一步。

设计要求：

采用单片机来控制一个三相单三拍的步进电机工作。步进电机的旋转方向由正反转控制信号来控制。步进电机的步数由键盘输入，可输入的步数分别为3，6，9，12，15，18，21，24，27步。并且键盘具有键盘锁的功能，当键盘上锁的时候，步进电机是不接受输入步数的，也不会运转。只有当键盘锁打开并输入步数的时候，步进电机才开始工作。电机运转的时候有正转和反转指示灯指示。当电机在运转

中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书

摘要

进步电机是几点数字控制系统中常用的控制元件之一。由于其精度高，体积小，控制方便灵活，因此在智能仪表和位置中得到广泛的应用。

步进电机是机电控制中一种常见的执行机构。步进电机最早是在1920年由英国人所开发。1950年后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，这对于数字化的控制变得更为容易。以后经过不断改良，使得今日步进电机已广泛运用在需要高定位精度、高分解性能、高响应性、信赖性等灵活控制性高的机械系统中。在生产过程中要求自动化、省人力、效率高的机器中，我们很容易发现步进电机的踪迹，尤其以重视速度、位置控制、需要精确操作各项指令动作的灵活控制性场合步进电机用得最多。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。他易于实现与计算机或其他数字元件接口，适用于数字控制系统。

1

中北大学信息商务学院计算机控制技术课程设计说明书

1 课程设计任务和要求

课程设计任务

设计一个三相步进电机控制系统，设计一个计算机步进

三相电机相序的简单判断方法

一、对电机的6个接线头，用电阻档测量，凡同一绕阻电阻很小，不是同一绕阻电阻为无穷大；
二、再用万用表的电流档串接于同一绕组,然后手盘动电动机（按规定运转方向）,则电流正方向端为头，电流负方向为尾。再分别用上述方法确定其它两相绕阻。
三、A、B、C三相的排列，就按按线柱的标注；如果没有，自己标注就行了。

一、概述

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

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。若在其输入端加入一个脉冲信号，该电机就会转过一个步距角。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

三相六拍步进电动机是一典型单定子、径向分组、反应式伺服电机。它与普通电机一样，分为定子和转子两部分，在定子的6个磁极上分别绕有绕组，对称的绕组形成一相绕组，三相电机有A、B、C三相绕组。每给一相绕组通电一次称为一拍。三相六拍步进电机工作的正转次序为A—AB—B—BC—C—CA—A，反转次序为A—AC—C—CB—B—BA—A。步进电机每步旋转的角度大小，称为步距角。它是由电动机本身转子的齿数和每一个通电循环内通电节拍决定的，三相六拍模式的步距角为15°。

脉冲信号按规定的方式分配给步进电机各相绕组，使各相绕组轮流接受脉冲信号的控制，通常是由环形分配器来实现的。它是一个中间转换环节，前面与时钟脉

第1章 绪 论

1.1 毕业论文选题的背景

电动机作为主要的动力设备被广泛的应用于工农业生产、国防、科技、日常生活等各个方面，其负荷约占总发电量的60％\％，成为用电量最多的电气设备。根据采用的电流制式不同，电动机分为直流电动机和交流电动机两大类，其中交流电动机形式多样、用途各异、拥有量最多，交流电动机又分为同步电动机和异步(感应)电动机两大类。根据统计，交流电动机用电量占电机总用电量的85％左右，可见交流电动机应用的广泛性及其在国民经济中的重要地位。电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，在实际应用中，一是要使电动机具有较高的机电能量转换效率；二是根据生产机械的工艺要求控制和调节电动机的旋转速度。电动机的调速性能好坏对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。电动机和控制装置一起合成电力传动自动控制系统。以直流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为直流调速系统；以交流电动机作为控制对象的电力传动自动控制系统称之为交流调速系统。根据交流电机的类型，相应有同步电动机调速系统和异步电动机调速系统。

众所周知，直流电动机的转速容易控制和调节，采用转速、电流双闭环直流调速系统可获得优良的静、动态调速特性。因此，长期以来在

D306三相混合式步进电机驱动器使用说明

！阅读

请详细阅读本说明书后，再进行安装连接！

！！！安全事项

★ 严禁带电对驱动器进行任何拔码设置或进行测量！ ★ 必须在断电三分钟后，接线，安装和拔码设置！

★ 二次开关机之间须有三分钟间隔，以免发生故障报警！ ★ 驱动器的输入电压需满足技术要求！

★ 通电前，确定电源电缆，电机动力电缆，信号电缆连接正确，且连接紧固！

★ 通电前，电缆连接完毕后，用万用表电阻档测量驱动器A、B、C端子与接地端子之间的电阻应为无穷大。用万用表最小电阻档测量驱动器A、B、C端子每两相电阻值应相等，避免电机相间短路，或电机缺相引起驱动器损坏。

一．性能简介

D306型号三相伺服混合式步进电机驱动器，具有以下特点：

1． 采用交流伺服控制原理，在控制方式上增加了全数字式电流环控制，三相正弦电流驱动输出，使三相 混合式电机低速无爬行，无共振区，噪音小。

2． 驱动器功放级的电压达到DC325伏，步进电机高速运转时仍然有高转矩输出。 3． 具备短路、过压、欠压、过热等完善保护功能，可靠性高。

4． 具有细分和半流功能。有多种细分选择，最小步距角可设为0.036°。 5． 适用面广，通过设置不同相电流可配置各种电机。

二．

中华人民共和国国家标准 三相异步电机试验方法

Test procedure for three-phase induction motors UDC 621 313.33:621 317 GB1032-85 代替GB1032-68 1 适用范围

本标准适用于三相异步电动机。

型式试验及检查试验的项目,应按照GB 755-81《电机 基本技术要求》及各类型电机标准的规定。 各类型三相异步电动机凡有本标准未规定的试验基础上或有特殊试验方法及要求时,应在该类型电机的专业标准中作补充规定。 2 试验要求及准备 2.1 试验电源

试验电源的电压波形正弦性畸变率应不超过5%;在进行温升试验时应不超过2.5%。 试验电源的三相电压对称系统应符合下述要求:

电压的负序分量和零序分量均不超过正序分量的1%;在进行温升试验时,负序分量不超过正序分量的0.5%,零序分量的影响予以消除。

试验电源的频率与额定频率之差应在额定频率的±1%范围内。

对频率为400Hz以上的电动机,其试验电源的要求可在该类型电机的标准中规定。 2.2 电气测量 2.2.1 测量仪器

试验时,采用的电气测量仪表的准确度应不低于0.5级(兆欧表除外),三相瓦特表的准确度应不低于1.0级,互感

三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试

现代控制技术及PLC控制课程设计

姓 名 学 号 班 级 机电 专 业 机械电子工程 院 别 机械工程学院 指导教师

2013年7月5日

三相六拍步进电机PLC梯形图控制程序设计与调试

内容摘要

步进电动机具有快速起停、精确步进和定位等特点,所以常用作工业过程控制及仪器仪表的控制元件。目前,比较典型的控制方法是用单片机产生脉冲序列来控制步进电机。但采用单片机控制, 不仅要设计复杂的控制程序和I /O 接口电路, 实现比较麻烦, 而且对工业现场的恶劣环境适应性差, 可靠性不高。

使用PLC可编程控制器实现三相六拍步进电动机驱动，可使步进电动机东芝的抗干扰能力强，可靠性高，同时，由于实现了模块化结构，是系统结构十分灵活，而且编程语言简短易学，便于掌握，可以进行在线修改，柔性好，体积小，维修方便。

本设计是利用PLC做三相六拍步进电动机的控制核心，用按钮开关的通断来实现对步进电机正,反转控制，而且正，反转切换无须经过停车步骤。其次可以通过对按钮的控制来实现对高，低速度

三相异步电机定子绕线方法

交流绕组的构成原则

均匀原则：每个极域内的槽数（线圈数）要相等，各相绕组在每个极域内所占的槽数应相等。 每极槽数用极距τ表示

每极每相槽数 （举例）

对称原则：三相绕组的结构完全一样，但在电机的圆周空间互相错开120电角度。 如槽距角为α，则相邻两相错开的槽数为120/α。（举例）

电势相加原则：线圈两个圈边的感应电势应该相加；线圈与线圈之间的连接也应符合这一原则。

如线圈的一个边在N极下，另一个应在S极下。（举例）

三、三相单层绕组

★构造方法和步骤

分极分相: （看图1000-1）

将总槽数按给定的极数均匀分开（N,S极相邻分布）并标记假设的感应电势方向。； 将每个极域的槽数按三相均匀分开。三相在空间错开120电角度。

连线圈和线圈组：（看图1000-2）

将一对极域内属于同一相的某两个圈边连成一个线圈（共有q个线圈，为什么？） 将一对极域内属于同一相的q个线圈连成一个线圈组（共有多少个线圈组？） 以上连接应符合电势相加原则

连相绕组：（看图1000-3）

将属于同一相的p个线圈组连成一相绕组，并标记首尾端。

串联与并联，电势相加原则。

按照同样的方法构造其他两相。

连三相绕组 （看图1000-4）

将三个构造好的单相绕组连成完整的三相绕

中华人民共和国国家标准 三相异步电机试验方法

Test procedure for three-phase induction motors UDC 621 313.33:621 317 GB1032-85 代替GB1032-68 1 适用范围

本标准适用于三相异步电动机。

型式试验及检查试验的项目,应按照GB 755-81《电机 基本技术要求》及各类型电机标准的规定。 各类型三相异步电动机凡有本标准未规定的试验基础上或有特殊试验方法及要求时,应在该类型电机的专业标准中作补充规定。 2 试验要求及准备 2.1 试验电源

试验电源的电压波形正弦性畸变率应不超过5%;在进行温升试验时应不超过2.5%。 试验电源的三相电压对称系统应符合下述要求:

电压的负序分量和零序分量均不超过正序分量的1%;在进行温升试验时,负序分量不超过正序分量的0.5%,零序分量的影响予以消除。

试验电源的频率与额定频率之差应在额定频率的±1%范围内。

对频率为400Hz以上的电动机,其试验电源的要求可在该类型电机的标准中规定。 2.2 电气测量 2.2.1 测量仪器

试验时,采用的电气测量仪表的准确度应不低于0.5级(兆欧表除外),三相瓦特表的准确度应不低于1.0级,互感