自动包装机毕业论文(编辑修改稿)

自动包装机毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

滑调节，低速下仍能保证获得大转矩，因此，一般可以不用减速器而直接驱动 负载。 5） 步进电动机只能通过脉冲电源供电才能运行，他不能直接使用交流电源和直流电源。 6） 步进电动机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。 7） 步进电动机自身的噪声和振动较大，带惯性负载的能力较差。 自动包装机毕业论文 14 步进电机结构选择 步进电动机是在 PLC 控制系统中一种十分重要的自动化执行元件。 它和 PLC数字系统结合可以把脉冲信号转换成角位移，并且可用做电磁制动轮、电磁差分器、电磁减法器或角位移发生器等。 步进电动机根据作用原理和结构，基本上可分成下面两大类型。 电磁型步进电动机和定子和转子之间仅靠电 磁作用就可以产生步进作用的步进电动机。 根据本课题设计要求采用：第二种类型的步进电机。 这种电动机一般有多相绕组，在定子和转子之间没有机械联系。 这种电动机有良好的可靠性及快速性。 工业应用上大量用作状态伺服元件、状态指示元件及功率伺服拖动元件，有时也用做位置控制、速度控制元件。 根据转子的结构形式，可以分成永磁转子电动机或反应式转子电动机，它们也简称为永磁式步进电动机或反应式步进电动机。 在永磁式步进电动机中，它的转子是用永久磁钢制成的，也有通过滑环供电的直流激磁绕组制成的，无论如何，其转子是一个磁源。 在反应式步进 电动机中，其转子由软磁材料制成齿状，转子的齿也称显极。 在这种步进电动机的转子中没有绕组。 因为反应式步进电动机有力矩 /惯性比高，步进频率高，频率响应快，不通电时可自由转动，可双向转动，结构简单和寿命长等特点。 所以选用反应式步进电动机。 反应式步进电机结构如下图 1 所示：这是一个三相步进电动机。 在反应式步进电动机的结构中，分成定子和转子两大部分。 在定子上有 6 个大极，每个大极上绕有绕组。 对称的大极绕组形成一组绕组，也即形成一相控制绕组。 显然，分别产生了 A， B， C 三相绕组，正因这三相控制绕组的存在，才使步进电动机产 生起动转矩。 在每个大极上，面向转子的部分分布着多个小齿，这些小齿呈梳壮布列，并大小相同，间距相等。 反应式步进电动机的转子由软材料制成，外部呈齿状的圆柱体。 转子中的小齿和定子的小齿形状相似，齿矩相同。 所以定子大极的齿和转子的齿是对应吻合的。 在定子大极中，其中心线是齿的中心线，在有些反应式步进电动机中是槽的中心线。 自动包装机毕业论文 15 图 1 反应式步进电动机结构 反应式步进电动机的齿距角 θ s组可以用下式来表示： Θ s=360176。 /(mzrc)=360176。 /（ 3179。 2179。 40） =176。 式中， c为通电方式系数， m为控制绕组的相数， zr为转子的齿数。 纯单拍或纯双拍时取为 1，单、双拍交替时取 2。 三相反应式步进电机的三相六拍通电方式的步距角比纯单拍或纯双拍通电方式的小一倍。 步进电动机相绕组通常有二相、三相、四相及五相等。 相数越多，步距角越小。 步距角确定后，通以一定频率 f的脉冲，将产生相应的转速 n(r/min).即 : n=60f/(mzrc)=60179。 50/（ 3179。 2179。 40） =反应式步进电动机的绕组通常由单极性脉冲供电，一般由基本脉冲串和辅助脉冲串进行换向控制步进工作。 有时也采用双极性脉冲供电。 步进电机工作原理及工作方式 步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。 给定一个电脉冲信号，步进电机转子就转过相应的角度，这个角度就称作该步进电机的步距角。 目前常用步进电机的步距角大多为 度（俗称一步）或 度（俗称半步）。 以步距角为 度的进步电机来说，当我们给步进电机一个电脉冲信号，步进电机就转过 度；给两个脉冲信号，步进电机就转过 度。 以此类推，连续给定脉冲信号，步进电机就可以连续运转。 由于电脉冲信号与步进电机转角存在的这种线性关系，使得步进电机在 速度控制、位置控制等方面得到了广泛的应用。 步进电机的速度控制是通过输入的脉冲频率快慢实现的。 当发生脉冲的频率减小时，步进电机的速度就下降；当频率增加时，速度就加快。 还可以通过频率的改变而提高步进电机的速度或位置精度。 步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。 给定一个脉冲，转过一个步距角，当停止的位置确定以后，也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。 在包装机控制中，给定脉冲数的多 自动包装机毕业论文 16 少，还与机构的参数有关。 在包装机械中，很多情况下需要控制执行机构的运行速度和运行位置，以前都是通过机械或其它方式来完成的，机构复杂、调 节不易。 改用步进电机后，不仅能使包装机械结构变得简单、调节方便、可靠性增加，而且粗度会得到很大提高。 反应式步进电动机的工作方式： 1. 三相反应式步进电动机各相为 A， B， C 相。 如果换相方式为 ABCA，则电流切换三次，即换相三次时，磁场就会旋转一周，同时转子转动一个齿距。 对某相通电时，转子齿就会与该相定子齿对齐。 这种通电方式称为单三拍方式。 A→ B→ C→ A 2． 双三拍工作方式 在步进电动机的步进控制中，如果每次都是两相通电，控制电流切换三次，磁场旋转一周，转子移动一个齿距位置，则称为双三拍工作方式。 AB→ BC→ CA→ AB 3． 对三相反应式步进电动机进行控制时，把单三拍和双三拍工作方式结合起来 ,就产生了六拍工作方式。 在六拍工作方式中，通电的相数如下： A→ AB→ B→ BC→ C→ CA→ A 对于一个三相反应式步进电动机，转子有 40 个齿，那么齿距角为 9176。 则在六拍工作方式中每一步转子齿移动 9176。 /6，步距角为 176。 显然六拍工作方式比单三拍或双三拍的步进精度都高出一倍，显然选用六拍工作方式。 在六拍工作方式中，控制电流切换六次，磁场旋转一周，转子移动一个齿距。 图 2 自动包装机毕业论文 17 表 31三种工作方式的区别 工作方式 单三拍 双三拍 六拍 步进周期 Tw Tw Tw 每相通电时间 Tw 2 Tw 3 Tw 进齿周期 3 Tw 3 Tw 6 Tw 相电流 小 较大 最大 高频性能 差 一般 好 转矩 差 一般 优 电磁阻尼 差 较好 较好 振荡 多 少 极少 自动包装机毕业论文 18 功耗 少 大 中 步进电机的特性 一、基本特性 步进电动机的主要性能指标是频率特性曲线，即起动速度力矩曲线。 步进电动机的频率特性曲线的纵坐标为转动力矩，用 T 表示，单位为 kgf178。 cm；横坐标为转动频率，用 f表示，单位为步 /s。 典型的步进电动机频率特性曲线如图 3 所示。 图 3 步进电动机典型频率特性曲线 步进电动机的频率特性曲线和很多因素有关，这些因素包括步进电动机的转子直径、转子铁心有效长、控制线路的电压、齿数、齿形、齿槽比、步进电动机内部的磁路、绕组的绕线方式、定转子间的气隙、转动一个齿距所需的拍数等。 二、 振荡、失步和阻尼方法 振荡是步进电动机在工作时存在的一般现象，但严重的振荡会引起失步。 这些是在控制系统中所不希望的。 下面介绍这些问题，并给出在实际应用中的解决办 法。 振荡的产生原因有多种，其中主要的原因有步进电动机处于低频单步运行；步进电动机的换向频率和转子的特征频率、倍特征频率、分数特征频率相等；步 自动包装机毕业论文 19 进电动机突然停车等情况。 另外，步进电动机的工作状态也会产生振荡现象。 例如，当一个步进电动机在正常步进旋转时，突然制动，则无论步进电动机原来以什么换相频率工作，都会产生振荡。 步进电动机的失步有两种原因：一 是转子的加速度慢于步进电动机的旋转磁场。 这时是因为输入电机的电能不足，从而引起失步。 并且凡是比这时频率高的工作频率都必将失步。 这种失步说明了步进 电动机的拖动能力不够，一旦减少负载，或者提高绕组中的激磁电流，则有可能克服失步。 二是转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度。 这时定子通电激磁的时间较长，大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，从而产生前冲和后冲的摆动振荡。 当振荡足够严重时就导致失步。 步进电动机在运行中，振荡是它的固有特性，但也是在任何拖动系统中所不希望的。 所以，需要对振荡进行抑制。 抑制振荡通常采用各种阻尼方法。 包括合理选择电动机参数，以机械方法进行阻尼，以电子方法进行阻尼。 对于步进电动机的用户而言， 一般采用的方法都是电子方法。 以电子方法进行步进电动机的振荡消除，基本上都是从电源着手。 步进电机参数的选择 根据本课题设计所要求的精度及步进电机的保持转距的大小（即： ≥ ） ，所以选用的三相反应式步进电机的型号为： 3S85Q04097，现将其具体参数介绍如下： 1） 外形尺寸 自动包装机毕业论文 20 步进电机外形尺寸图 2）技术参数 见表 32 3S85Q04097 步距角 1.5176。 相电流(A) 5.8 保持扭矩(Nm4.2 自动包装机毕业论文 21 ) 阻尼扭矩(Nm) 0.12 相电阻(Ω) 0.9177。 10% 相电感（mH） 3.2177。 20% 电机惯量（㎏.㎝178。 ） 2.2 电机97 自动包装机毕业论文 22 长度L（㎜） 引线数量 6 绝缘等级 B 耐压等级 500V AC1分钟 最大轴向负载（N） 60 最大22 自动包装机毕业论文 23 径向负载（N） 0 工作环境温度 －20176。 C～50176。 C 表面温升 最高80176。 C（相线圈接通额定相电流） 自动包装机毕业论文 24 绝缘阻抗 最小100MΩ，500V DC 重量(kg) 2.7 3）矩频曲线 自动包装机毕业论文 25 4） 电机电缆 线 色 电机信号 红 色 U 橙 色 蓝 色 V 白 色 黄 色 W 绿 色 步进电动机驱动器的选用 虽然步进电动机是一种数控元件，易于同数字电路接口。 但是，一般数字电路的信号能量远远不足以驱动步进电动机。 常用驱动电路有：单极性、双极性、高低压、斩波及细分驱动电路等。 因此，必须有一个与之匹配的驱动电路来驱动步进电动机。 步进电动机的驱动电路选择有如下的一般要求： （ 1） 能够提供快速上升和快速下降的电流，使电流波形尽量接近矩形； （ 2） 具有供截止期间释放电流的回路，以降低相绕组两端的反电动势，加快电流衰减； （ 3） 功耗低，效率高。 除此之外，在一些有特殊要求的应用场合，为了提高步进电动 机定位的分辨率，减小过冲和抑制振荡，驱动电路还应有细分功能。 通过参考文献的阅读及结合本次课题设计的要求，步进电动机的驱动电路选用细分电路。 细分电路亦称微步驱动，它通过控制电动机各相绕组中电流的大小和比例，使步距角减小到原来的几分之一至几十分之一。 细分电路提高了步进电动机的分辨率，能够平滑步进运动，减弱甚至消除振荡。 各个驱动电路的比较见下表： 表 33 驱动电路 起动频率 运行频率 运行平稳性 效率 成本 单极性 低 低 较差 低 低 双极性 低 较高 较差 较高 高 高低压 高 较高 差 较高 较高 斩波 高 高 差 高 高 细分 高 高 好 高 高 自动包装机毕业论文 26 根据要求，选用所匹配的三相反应式步进电机驱动器型号为： 3M485 步进电动机驱动电源 步进电动机运动控制系统是一种开环控制系统。 它的组成包括：运动控制软件、脉冲分配器、驱动器、步进电动机及传动装置等。 结构如下：。