基于 PLC 的步进电机调速和正反转控制系统(一)

关键词：

　　一、引言
　　数控技术是采用数字代码形式的信息,按给定的工作程序、运动速度和轨迹,对被控
制的对象进行自动操作的一种技术。从数控机床最终要完成的任务看,主要有主轴运动。
和普通车床一样,主运动主要完成切削任务,其动力约占整台机床动力的 70～80%。基本
是步进电动机和伺服电机对主轴的正、反转和停止控制拖动,可自动换档及无级调速。通
过对步进电动机的调速和正反转 PLC 控制的研究,

进一步提高机械生产制造的自动化。

　　二、步进电动机结构、步进过程原理
　　1.

步进电动机

　　步进电动机伺服系统是典型的开环伺服系统。在这种开环伺服系统中,执行元件是
步进电动机。步进电动机把进给脉冲转换为机械角位移,并由传动丝杠带动工作台移动。
由于该系统中为位置和速度检测环节,因此它的精度主要由步进电动机的步距角和与之
相联系的丝杠等传动机构所决定。步进电动机的最高极限速度通常要比伺服电动机低,
并且在低速时容易产生振动,影响加工精度。但步进电动机开环伺服系统的控制和结构
简单,调整容易,在速度和精度要求不高的场合具有一定的使用价值。步进电动机细分技
术的应用,使步进电动机开环伺服系统的定位精度明显提高;并且降低了步进电动机低
速振动,

使步进电动机在中低速场合的开环伺服系统中得到更广泛的应用。

　　反应式步进电动机转子中无绕组,定子绕组励磁后产生反应力矩,使转子转动。这是
我国主要发展的类型,已于上世纪 70 年代末形成完整的系列,有比较好的性能指标。反
应式步进电动机有较高的力矩转动惯量比,步进频率较高,频率响应快,不通电时可以自

由转动、结构简单、寿命长的特点。
　　反应式步进电动机的工作原理从图 1a 中可以看出,在定子上有六个大极,每个极上
绕有绕组。每对对称的大极绕组形成一相控制绕组。这样形成 A、B、C 三相绕组。极间夹
角为 60°。在每个大极上,面向转子的部分分布着多个小齿,这些小齿呈梳状排列,大小相
同,间距相等。转子上均匀分布 40 个齿,大小和间距与大齿上相同。当某相(如 A 相)上的
定子和转子上的小齿由于通电电磁力使之对齐时,另外两相(B 相,C 相)上的小齿分别向
前或向后产生三分之一齿的错齿,这种错齿是实现步进旋转的根本原因。这时如果在 A
相断电的同时,另外某一相通电,则电动机的这个相由于电磁吸力的作用使之对齐,产生
旋转。步进电动机每走一步,旋转的角度是错齿的角度。错齿的角度越小,所产生的步距
角越小,步进精度越高。现在步进电动机的步距角通常为 3°;1.8°;1.5°;0.9°;0.5°到 0.09°等。
步距角越小,

步进电动机结构越复杂。

　　(a) 反应式步进电动机结构原理(b)

步进电动机步进过程原理

　　图 1

反应式步进电动机结构与步进过程原理