步进电动机实验指导书

实验三步进电动机实验步进电动机又称脉冲电机，是数字控制系统中的一种重要的执行元件，它是将电脉冲信号变换成转角或转速的执行电动机，其角位移量与输入电脉冲数成正比；其转速与电脉冲的频率成正比。在负载能力范围内，这些关系将不受电源电压、负载、环境、温度等因素的影响，还可在很宽的范围内实现调速，快速启动、制动和反转。随着数字技术和电子计算机的发展，使步进电机的控制更加简便、灵活和智能化。现已广泛用于各种数控机床、绘图机、自动化仪表、计算机外设，数、模变换等数字控制系统中作为元件。一、使用说明(1)HK54步进电机实验装置由步进电机智能控制箱和电机两部分构成。步进电机智能控制箱面板图本控制箱用以控制步进电机的各种运行方式，它的控制功能是由单片机来实现的。通过键盘的操作和不同的显示方式来确定步进电机的运行状况。因仅配套提供三相反应式步进电动机，故控制箱只提供三相步进电动机的驱动电源，面板上也只装有三相步进电动机的绕组接口。(2)技术指标功能：能实现单步运行、连续运行和预置数运行；能实现单三拍、双三拍、单/双六拍及电机的可逆运行。电脉冲频率：5Hz～1KHz工作条件：供电电源AC220V±10%，50Hz环境温度：-5℃～40℃相对湿度：≥80%重量：6kg尺寸：390×200×230mm3(3)使用说明①开启电源开关，面板上的三位数字频率计将显示“000”；由六位LED数码管组成的步进电机运行状态显-1-示器自动进入“9999→8888→7777→6666→5555→4444→3333→2222→1111→0000”动态自检过程，而后停止在系统的初态“┤.3”。②控制键盘功能说明设置键：手动单步运行方式和连续运行各方式的选择。拍数键：单三拍、双三拍、三相六拍等运行方式的选择。相数键：电机相数(三相、四相、五相)的选择。转向键：电机正、反转选择。数位键：预置步数的数据位设置。数据键：预置步数位的数据设置。执行键：执行当前运行状态。复位键：由于意外原因导致系统死机时可按此键，经动态自检过程后返回系统初态。③控制系统试运行暂不接步进电机绕组，开启电源进入系统初态后，即可进入试运行操作。1)单步操作运行：每按一次“执行键”，完成一拍的运行，若连续按执行键，状态显示器的末位将依次循环显示“B→C→A→B…”；由五只LED发光二极管组成的绕组通电状态指示器的B、C、A将依次循环点亮，以示电脉冲的分配规律。2)连续运行：按设置键，状态显示器显示“┤3000”,称此状态为连续运行的初态.此时,可分别操作“拍数”、“转向”和“相数”三个键，以确定步进电机当前所需的运行方式。最后按“执行”键，即可实现连续运行。三个键的具体操作如下（注：在状态显示器显示“┤3000”状态下操作）：a、按“拍数”键：状态显示器首位数码管显示在“┤”、“”、“”之间切换，分别表示三相单拍、三相六拍和三相双三拍运行方式。b、按“相数”键：状态显示器的第二位，在“3、4、5”之间切换，分别表示为三相、四相、五相步进电机运行。c、按“转向”键：状态显示器的首位在“┤”与“├”之间切换，“┤”表示正转，“├”表示反转。3）预置数运行：设定“拍数”、“转向”和“拍数”后，可进行预置数设定，其步骤如下：a、操作“数位”键，可使状态显示器逐位显示“0.”，出现小数点的位即为选中位。b、操作“数据”键，写入该位所需的数字。c、根据所需的总步数，分别操作“数位”和“数据”键，将总步数的各位写入显示器的相应位。至此，预置数设定操作结束。d、按“执行”键，状态显示器作自动减1运算，直减至0后，自动返回连续运行的初态。4）步进电机转速的调节与电脉冲频率显示调节面板上的“速度调节”电位器旋钮，即可改变电脉冲的频率，从而改变了步进电机的转速。同时，由频率计显示出输入序列脉冲的频率。5）脉冲波形观测在面板上设有序列脉冲和步进电机三相绕组驱动电源的脉冲波形观测点，分别将各观测点接到示波器的输入端，即可观测到相应的脉冲波形。经控制系统试运行无误后，即可接入步进电机的实验装置，以完成实验指导书所规定的各项实验内容。二、实验用步进电动机技术数据1、步进电动机技术数据型号：70BF10C相数：三相每相绕组电阻：1.2Ω-2-每相静态电流：3A直流励磁电压：24V最大静力矩：Tmax=0.588N.m（即6kgf.cm）步距角β=1.5/3deg，2、步进电动机转轴上固定有红色指针及刻度盘（最小分度为1º）。三、步进电动机实验(一)实验目的1、通过实验加深对步进电动机的驱动电源和电机工作情况的了解。2、掌握步进电动机基本特性的测定方法。（二）预习要点1、了解步进电动机的工作情况和驱动电源。2、步进电动机有哪些基本特性？怎样测定？（三）实验项目1、单步运行状态2、角位移和脉冲数的关系3、空载突跳频率的测定4、空载最高连续工作频率的测定5、定子绕组中电流和频率的关系6、平均转速和脉冲频率的关系（四）实验设备及线路1、实验设备序号型号名称数量备注1HK01电源控制屏1件2HK02实验桌1件3HK03涡流测功系统导轨1件4HK54步进电机控制箱1件5HK54步进电机1件2、基本实验电路的外部接线图2-1表示了基本实验电路的外部接线。图2-1步进电机实验接线图-3-（五）实验内容及操作步骤1、单步运行状态接通电源，将控制系统设置于单步运行状态，或复位后，按执行键，步进电机走一步距角，绕组相应的发光管发亮，再不断按执行键，步进电机转子也不断作步进运动。改变电机转向，电机作反向步进运动。2、角位移和脉冲数的关系控制系统接通电源，设置好预置步数，按执行键，电机运转，观察并记录电机偏转角度，再重设置另一置数值，按执行键，观察并记录电机偏转角度于表2-1、表2-2中，并利用公式计算电机偏转角度与实际值是否一致。表2-1步数=步序号实际电机偏转角度理论电机偏转角度表2-2步数=步序号实际电机偏转角度理论电机偏转角度3、空载突跳频率的测定控制系统置连续运行状态，按执行键，电机连续运转后，调节速度调节旋钮使频率提高至某频率（自动指示当前频率）。按设置键让步进电机停转，再重新启动电机（按执行键），观察电机能否运行正常，如正常，则继续提高频率，直至电机不失步启动的最高频率，则该频率为步进电机的空载突跳频率。记为：运行方式拍、空载突跳频率Hz。4、空载最高连续工作频率的测定步进电机空载连续运转后缓慢调节速度调节旋钮使频率提高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则再缓慢提高频率，直至电机能连续运转的最高频率，则该频率为步进电机空载最高连续工作频率。记为：运行方式拍、空载最高连续工作频率Hz。5、定子绕组中电流和频率的关系在步进电机一相绕组中串接一只直流电流表（注意+、-端），使步进电机连续运转，由低到高逐渐改变步进电机的频率，读取并记录7~8组电流表的平均值、频率值于表2-3中。表2-3序号f（Hz）I（A）6、平均转速和脉冲频率的关系接通电源，将电机设为单三拍连续运转状态。先设定步进电机运行的步数N，最好为120的整数倍。可用控制屏上定时兼报警记录仪记录时间t（单位：秒），按下复位键时钟停止计时，松开复位键时钟继续计时。实测转速按公式2tN120t60Nn计算。改变速度调节旋钮，测量频率f与对应的转速n。记录7~8组于表2-4中。表2-4序号f（Hz）t(s)实测n（r/min）理论n（r/min）n相对误差（%）-4-（六）实验报告经过上述实验后，须对照实验内容写出数据总结并对电机试验加以小结。1、步进电机驱动系统各部分的功能。2、步进电机的特性(1)单步运行状态：步矩角(2)角位移和脉冲数（步数）关系(3)空载突跳频率(4)空载最高连续工作频率(5)绕组电流的平均值与频率之间的关系(6)平均转速和脉冲频率的特性n=f（f）