西门子模块6ES7231-7PC22-0XA0参数详细

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m—电机相数；

z—转子齿数；

k—系数，相邻两次通电相数相同，k＝1；相邻两次通电相数不同，k＝2。

同一相数的步进电机可有两种步距角，通常为1.2/0.6、1.5/0.75、1.8/0.9、3/1.5度等。步距误差是指步进电机运行时，转子每一步实际转过的角度与理论步距角之差值。连续走若干步时，上述步距误差的累积值称为步距的累积误差。由于步进电机转过一转后，将重复上一转的稳定位置，即步进电机的步距累积误差将以一转为周期重复出现。步距误差主要由步进电机步距制造误差，定子和转子间气隙不均匀以及各相电磁转矩不均匀等因素造成。

2．静态转矩与矩角特性

当步进电机上某相定子绕组通电之后，转子齿将力求与定子齿对齐，使磁路中的磁阻*小，转子处在平衡位置不动（θ＝0）。如果在电机轴上外加一个负载转矩m，转子会偏离平衡位置向负载转矩方向转过一个角度θ，角度θ称为失调角。有失调角之后，步进电机就产生一个静态转矩（也称为电磁转矩），这时静态转矩等于负载转矩。静态转矩与失调角θ的关系叫矩角特性，如图4-42所示，近似为正弦曲线。该矩角特性上的静态转矩*大值称为*大静转矩。在静态稳定区内，当外加负载转矩除去时，转子在电磁转矩作用下，仍能回到稳定平衡点位置（θ＝0）。

交流电机调速种类很多，应用*多的是变频调速。变频调速是从高速到低速都可以保持有限的转差率，故它具有率、宽范围和高精度的调速性能，被认为是一种理想的调速方法。

变频调速的主要环节是能为交流电机提供变频的。变频器的功用是，将频率固定（电网频率为50hz）的交流电，变换成频率连续可调（0～400hz）的交流电。变频器可分为交-直-交变频器和交-交变频器两大类。交-直-交变频器是先将频率固定的交流电整流成直流电，再把直流电逆变成频率可变的交流电。交-交变频器不经过中间环节，把频率固定的交流电直接变换成频率连续可调的交流电。因只需一次电能转换，效率高，工作可靠，但是频率的变化范围有限。交-直-交变频器，虽需两次电能的变换，但频率变化范围不受限制，目前应用得比较广泛。

采用数字电路的spwm逆变器，可采用以软件为基础的控制模式。优点是所需硬件少，灵活性好和智能性强。缺点是需要通过计算确定spwm的脉冲宽度，有一定的延时和响应时间。随着高速度、高精度多功能微处理器、微控制器和spwm专用芯片的发展，采用微机控制的数字化spwm技术已占当今pwm逆变器的主导地位。

spwm变频调速系统，其中各部分的功用：

速度给定器：给定信号，控制频率、电压及正反转。

平稳启动回路：使启动加、减速时间可随机械负载设定，以达到软启动的目的。

函数发生器：在输出低频信号时保持电机气隙磁通一定，补偿定子电压降的影响。

电压频率变压器：将电压转换为频率，经分频器、环形计数器产生方波，和经三角波发生器产生的三角波一起送入调制回路。

电压调节器：产生频率和幅度可调的控制正弦波，送入调制回路，送入调制回路，在调制回路中进行spwm变换，产生三相的脉冲宽度调制信号。在基极回路中输出信号至功率晶体管基极，即对spwm的主回路进行控制，实现对永磁交流的变频调速。

电流检测器：过载保护。

的细分控制从本质上讲是通过对步进电机的定子绕组中电流的控制，使步进电机内部的合成磁场按某种要求变化，从而实现步进电机步距角的细分。一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了电机旋转力矩的大小，相邻两合成磁场矢量的之间的夹角大小决定了步距角的大小。在电机内产生接近均匀的圆形旋转磁场，各相绕组的合成磁场矢量，这就需要在各相绕相中通以正弦电流。

混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。三相混合式步进电机的工作原理十分类似于交流永磁同步。其转子上所用永磁磁铁同样是具有高磁密特性的稀土永磁材料，所以在转子上产生的感应电流对转子磁场的影响可忽略不计。在结构上，它相当于一种多极对数的交流永磁同步电机。由于输入是三相正弦电流，因此产生的空间磁场呈圆形分布，而且可以用永磁式同步电机的结构模型分析三相混合式步进电机的转矩特性。

a.电机定子三相绕组完全对称;

b.磁饱和、涡流及铁心损耗忽略不计;

c.激磁电流无动态响应过程;

以析表明，对于三相永磁同步电机，当三相绕组输入相差 120°的正弦电流时，由于在内部产生圆形旋转磁场，电机的输出转矩为恒值。因此，将交流伺服控制原理应用到三相混合式步进电机驱动系统中，输入的220v 交流，经整流后变为直流，再经脉宽调制技术变为三路阶梯式正弦波形电流，它们按固定时序分别流过三路绕组，通过改变驱动器输出正弦电流的频率来改变电机转速，输出的阶梯数确定了每步转过的角度，当角度越小的时候，其阶梯数就越多。当然，步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势，频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率(或速度)的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

三相混合式步进电机一般把三相绕组连接成星形或者三角形，按照电路基本定理，三相电流之和为零。即iu+iv+iw =0 。所以通常只需产生两相绕组的给定信号，第三相绕组的给定信号可由其它两相求得。同样，只需要对相应两相绕组的实际电流进行采样，第三相绕组的实际电流可根据式求得。

增量式编码器的工作原理如图1所示。它由主码盘、鉴向盘、光学系统和光电变换器组成。在图形的主码盘（光电盘）周边上刻有节距相等的辐射状窄缝，形成均匀分布的透明区和不透明区。鉴向盘与主码盘平行，并刻有a、b两组透明检测窄缝，它们彼此错开1/4节距，以使a、b两个光电变换器的输出信号在相位上相差90°。工作时，鉴向盘静止不动，主码盘与转轴一起转动，光源发出的光投射到主码盘与鉴向盘上。当主码盘上的不透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线被全部遮住，光电变换器输出电压为*小；当主码盘上的透明区正好与鉴向盘上的透明窄缝对齐时，光线全部通过，光电变换器输出电压为*大。主码盘每转过一个刻线周期，光电变换器将输出一个近似的正弦波电压，且光电变换器a、b的输出电压相位差为90°。

光电编码器的光源*常用的是自身有聚光效果的发光。当光电码盘随工作轴一起转动时，光线透过光电码盘和光栏板狭缝，形成忽明忽暗的光信号。光敏元件把此光信号转换成电脉冲信号，通过信号处理电路后，向数控系统输出脉冲信号，也可由数码管直接显示位移量。

光电编码器的测量准确度与码盘圆周上的狭缝条纹数n有关，能分辨的角度α为：

α=360°/n（1）

分辨率=1/n（2）

例如：码盘边缘的透光槽数为1 024个，则能分辨的*小角度α=360°/1 024=0.352°。

为了判断码盘旋转的方向，必须在光栏板上设置两个狭缝，其距离是码盘上的两个狭缝距离的（m+1/4）倍，m为正整数，并设置了两组对应的光敏元件，如图1中的a、b光敏元件，有时也称为cos、sin元件。当对象旋转时，同轴或关联安装的光电编码器便会输出a、b两路相位相差90°的数字脉冲信号。光电编码器的输出波形如图2所示。为了得到码盘转动的绝对位置，还须设置一个基准点，如图1中的“零位标志槽”。码盘每转一圈，零位标志槽对应的光敏元件产生一个脉冲，称为“一转脉冲”，见图2中的c0脉冲。

图3给出了编码器正反转时a、b信号的波形及其时序关系，当编码器正转时a信号的相位超前b信号90°，如图3(a)所示；反转时则b信号相位超前a信号90°，如图3(b)所示。a和b输出的脉冲个数与被测角位移变化量成线性关系，因此，通过对脉冲个数计数就能计算出相应的角位移。根据a和b之间的这种关系正确地解调出被测机械的旋转方向和旋转角位移/速率，就是所谓的脉冲辨向和计数。脉冲的辨向和计数既可用软件实现也可用硬件实现。