6ES7 215-1HG40-0XB0型号介绍
转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即a与齿1相对齐，b与齿2向右错开1/3て，c与齿3向右错开2/3て，a'与齿5相对齐，（a'就是a，齿5就是齿1）下面是定转子的展开如图1所示：
图1 定子展开图
定子铁心和一般电机一样由硅钢片叠成，铁心内孔表面有开口槽。转子装有一个轴向磁化永磁体用以产生一个单向磁场。永磁体产生的磁通，在每一个气隙圆周上都是单方向通过气隙的，这时作用在气隙中的磁势是同极性的，称为单极磁势。而转子包括两段，一段经永磁体磁化成n 极，另一段磁化为s 极，每段转子齿以一个齿距间隔均匀分布，但两段转子的齿相互错开1/2 个转子齿距。a) n 极段截面图 b) s 极段截面图如图2所示:
a) n 极段截面图 b) s 极段截面图
图2 三相混合式步进电机截面图
步进电机详细调速原理：
步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的频率来实现步进电机的调速，因为步进电机每给一个脉冲就转动一个固定的角度，这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率，延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速，从而实现步进电的调速。具体的延时时间可以通过软件来实现。
这就需要采用对步进电机进行加减速控制,实际上就是改变输出脉冲的时间间隔,单片机控制步进电机加减法运转可实现的方法有软件和硬件两种 ,软件方法指的是依靠延时程序来改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,软件法在电机控制中, 要不停地产生控制脉冲, 占用了大量的cpu 时间,使单片机无法同时进行其他工作;硬件方法是依靠单片机内部的定时器来实现的,在每次进入定时中断后,改变定时常数,从而升速时使脉冲频率逐渐增大,减速时使脉冲频率逐渐减小,这种方法占用cpu 时间较少,在各种单片机中都能实现,是一种比较实用的调速方法。
1、的基本参数
1) 空载启动频率:
即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
2) 电机固有步距角：
它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86byg250a型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机 固有步距角’， 它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
3) 步进电机的相数：
是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的 为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。
4) 保持转矩（holding torque）：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力 矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机重要的参数之一。比如，当人们说2n.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2n.m的步进电机。 tc \* mergebbbbat
2、步进电机动态指标及术语：
1) 步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分表示：误差/步距角*。不同运行拍数其值不同， 四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。
2) 失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。
3) 失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。
4) 大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的大频率。
5) 大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的高转速频率。
6) 运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩特性，这是电机诸多动态曲线中重要的，也是电机选择的根本依据。如下 图1所示：
图1 力矩频率曲线
7) 电机的共振点：
步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式步进电机的共振区一般在180-250pps之间（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角为0.9度），电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。
其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。电机一旦选定，电机的静力矩确定而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态流）平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。如下图2所示：
图2 力矩频率特性曲线
其中，曲线3电流大、或电压高;曲线1电流小、或电压低，曲线与负载的交点为负载的大速度点。要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。
(1)sl系列两相交流伺服简介。sl系列两相交流伺服电动机是我国自行设计和制造的，为笼型转子两相交流伺服电动机。有12mm、20mm、28mm、36mm、45mm、55mm、70mm、90mm八种机座号的机壳外径尺寸。频率50hz的为2极和4极电机；频率为4。ohz的为4级、6极和8极电机。励磁相与控制相是对称设计的。频率50hz安排20～90机座号，输出功率范围为o 1～25w；频率400hz安排12～70机座号，输出功率范围为o.16～20w。
sl系列两相交流伺服电动机皆为封闭式结构，12～24机座号为不锈钢机壳，其余机座号均为铝合金机壳；12～24机座号为端部止口及凹槽安装，28～45机座号为端部大止口及凹槽安装，55～90机座号为端部外圈及凸缘安装或外圆套筒安装。
电动机轴伸为单轴伸，55及以下机座号基本轴伸为光轴伸，70、90机座号基本轴伸为半圆键键槽轴伸。
电动机出线方式分引出线式和接线板式两种，28及以下机座号为引出线式，36及以上机座号采用接线板式。采用引出线方式．出线标记用不同颜色表示；采用接线板式，出线标记用数字表示。
(2)接线方式。sl系列两相交流伺服电动机可以有在励磁相电路和控制相电路都不接移相器、励磁相电路串联及并联移相、励磁相电路串联移相电容器、两相的电路都有移相电容器等4种线路。线路的接线图和向量图见图3-3-l5。
在没有电容器的线路内，控制相电路电压ulk、相对于励磁相电路电压ulk相位相差90°此时励磁绕组电压ul等于ull．控制绕组电压uk等于ulk，励磁绕组电流il控制绕组电流ik相对于电压ul和uk分别滞后一个角度ψl和ψk，il同ik正交。sl系列两相交流伺服电动机由于励磁相和控制相是对称设计的，在两相对称电时，ψl=ψk；当两相不对称供电时，ψl和ψk之间差别也不大。这种情况在伺服系统的控制线路中往往采用移相网络予以实现，通过移相网络供电给伺服放大器。伺服放大器的输出供给交流伺服电动机的控制绕组，见图3-3-16。
在励磁相电路有移相电容器的线路内，ulk同相，相．ul则借助于经过适当选择的串联电容器cl．相对于ull超前90°。uk=ulk,il同电容器电压uc正交且与ik正交。这种情况在伺服系统的控制线路中不需引入电子移相网络，见图3-3-17.
在两相电路都有移相电容器的线路内，ull同ulk同相位，ul和uk.借助于电容器cl和ck相对于ulk和ulk具有超前的相位移。il同ucl正交。ik与uck正交，且ul与ux，il与ik均正交。
在励磁相电路串联及并联移相电容器的线路，大都是在下列两种情况下使用：
①当伺服电动机励磁电路的供电电压高于额定励磁电压时，相当于起到降压变压器的作用。
②当伺服电动机励磁相和控制相是对称设计的，两相为同一电压供电，而且为了获得圆形旋转磁场时。
(3)移相电容器电容值的选择。国内外生产的交流伺服电动机绝大部分是两相绕组对称的。出厂试验的技术指标和参数是在加于两相绕组端电压基波间的相位移为90°的条件下测得的。但在使用中通常不具备这种电源，普遍采用在伺服电动机励磁相电路中串联移相电容器或者串联及并联移相电容器。
①励磁相电路中串联移相电容器电容的选择。设励磁绕组输入阻抗zl=rl+jxl该阻抗在励磁绕组单独供电的情况下用试验方法测得：
(4)控制绕组同伺服放大器的连接。伺服放大器常用的输出方式有两种：一种是通过输出变压器连接控制绕组一种是先由一对功率管进行推挽功率放大大器有3个输出端头，见图3-3-19。
为了减少伺服放大器的负担，可以在控制绕组两端并联一个电容器以补偿无功电流，提高控制相的功率因数。并联电容器可在控制电压大时确定。通常是使控制相电路产生并联谐振，功率因数接近于，这样伺服放大器只输出有功电流。实现并联谐振所需的电容量可用图3-3-18所示的实验
方法确定；
必须指出：当控制电压消失时控制绕组可看成是通过并联电容器短接，有可能容易发生单相运转现象（自转现象)。因为这是对交流伺服电动机发生单相运转现象的不利的情况。所谓单相运转是指当控制绕组两端电压为零时伺服电动机继续运转。这是使用中不希望的。另外，在堵转时为使
控制相功率因数为1。而在控制绕组两端并联一个电容器，还会使机械特性．非线性度进一步增大.导致高转矩时削弱阻尼，从而影响系统稳定。这也是使用中不希望的。所以，一般伺服放大器都
采用负反馈方式来降低内阻抗。
(5)控制绕组电源阻抗对特性的影啊。如果交流伺服电动机控制绕组无论在什么负载转矩情况下均由恒压电源供电，保证准确的电压．电动机的特性是不变的。实际上交流伺服电动机控制绕组是由伺服放大嚣供电．伺服放大器可看成具有一定内阻的交流电源，伺服放大器同控制绕组组成的等值见图3-3-20.
若zf同一个数量级或者zf>;zk时，则此电路具有恒流源性质。在这种电源下，由于负载阻抗的变化，会引起加在负载阻抗两端电压的变化。事实上，交流伺服电动机从堵转状态到空载状态．其输入阻抗是变化的，随转速的上升而增大。这样一来，实际上加到控制绕组上的电压uk也随着增大，使得对应负载力矩的转速相应提高，但是空载转速相剥说来几乎不变化。后结果是机械特性曲线中间向上凸起．更加偏离线性关系，特别是对低控制电压和低速段影响更大。
电动机在低速段阻尼系数变小，从而影响系统的稳定，同时还容易发生单相运转。因此，应使伺服放大器的输出阻抗尽量比伺服电动机的输入阻抗 小 但有时会引起阻抗不匹配．使功率传递关系变差，这就要增大伺服放大器的功率增益。因此．要根据具体情况进行权衡考虑。为了减小伺服放大器
内阻抗．可在伺服放大器末级(功率输出级)加电压负反馈。
(6)控制功率与励磁功率之间的调整。在使用中往往希望驱动装置的输出功率为大值，而放大器提供的输入到伺服电动机的控制功率为小值。对于选择伺服电动机而言，重要的是要知道随着控制功率的变化，电动机的技术性能如何变化。输人伺服电动机的总功率、一般可看成两部分：其一是由
网络输入的励磁相输入功率pl其二是南放大器提供的控制相输入功率pk。在温升条件所容许的电动机总损耗保持不变的情况下，可以在pl和
(7)使用中引起单相运转现象的因素。不发生单相运转现象是伺服系统对交流伺服电动机的基本要求之一。当控制电信号一旦取消(即控制电压为零)，交流伺服电动机处于单相供电时应具有足够的自制动能力，不应发生转动。发生单相运转现象有设计参数选择的原因．也有制造工艺缺陷的原因，还有使用方面的原因。对于输出功率小于5w的交流伺服电动机，在设计参数的选择上就使其具有较强的自制动能力；对于输出功率大于10w的交流伺服电动机，在设计参数的选择上要注意：力能指标不能太低、要有良好的动态性能以及温升不宜太高，因此使得自制动能力相对有所减弱。制造中若定子绕组存在匝间短路或铁心片间短路，会使电机在单相供电时形成椭圆旋转磁场，致使电机发生工艺性单相运转现象。
一台经出厂试验合格的交流伺服电动机在使用中还有可能会发生单相运转现象。因为交流伺服电动机单相运转现象还同控制信号取消时控制绕线在电路中的情况、伺服放大器内阻抗的大小、控制电压中存在的干扰电信号所引起的基波分量和高次谐波分量等等因素有关。
若控制绕组直接连接到伺服放大器功放管输出级，在控制电压消失时，由于功放管的内阻甚大，控制绕组相当于开路情况；若伺服放大器输出级采用输出变压器同控制绕组连接方式，当控制电压消失时，控制绕组通过输出变压器短接，而输出变压器阻抗很小，控制绕组相当于短路情况(控制绕组
由磁放大器供电也是这种情况)；当控制绕组直接连接到伺服放大器功率管输出极，且控制绕组两端并联有电容器，在控制电压消失时，控制绕组通过电容器短接。
分析表明：对交流伺服电动机而言，控制绕组两端直接短接，不容易发生单相运转现象；若交流伺服电动机在控制绕组开路情况下不发生单相运转现象，当控制绕组两端直接或通过纯电阻或电感性阻抗短接时就一定不会发生单相运转现象，但不能保证当控制绕组两端通过电容性阻抗短接而不发生单相运转的现象。前面曾经提到过，控制绕组两端通过电容器短接是对交流伺服电动机正常运转不利的情况。如果产品选择不当，电动机在控制绕组两端开路或短路时虽然都不发生单相运转现象，但通过电容器短接时就有可能会发生单相运转现象。这说明电动机单相供电的自制动能力还不够。
在实际使用中，对于已选定的某一交流伺服电动机而言，取消控制电信号后，若伺服放大器阻抗越大，在控制绕组在电路中开路(或通过电容器短接)时，电动机就越容易发生单相运转现象。
在实际使用中，交流伺服电动机控制绕组两端除了加有控制电信号输入的电压外，还附加有一些干扰电信号的电压，例如：由自整角变压器、旋转变压器、交流测速发电机等信号元件的剩余电压或零位电压就是这类附加的干扰电信号所引起的电压。这些干扰电信号的电压的基波分量和高次谐波分
量会影啊伺服电动机的运行。
若基波分量同控制电压相位移相差90°时，如果伺服电动机励磁电压与控制电压之间相位相差90°，那么，基波分量同励磁电压之间相位相差0。或180°。当控制电压消失时，这些基波分量在电动机铁心和绕组中产生附加的铁耗和铜耗，使电动机过热。如果励磁电压同控制电压之间相位移不是正好相差90°，那么，基波分量同励磁电压之间相位相差不是0°或180°，这时，当控制电压消失时，基波分量同励磁电压形成旋转磁场，有可能使伺服电动机不停止运动，发生误动作。同样，若基波分量同控制电压相位相差o°时，那么交流伺服电动机也有可能发生单相运转现象。所以，要使伺服放大器将基波分量补偿掉。
由于信号元件、伺服放大器及交流伺服电动机本身均为非线性元件以及供电电压的失真等原因，因此控制电压和励磁电压均存在不同程度的高次谐波，特别是剩余电压或零位电压中的高次谐波分量所引起的电压。这些高次谐波的存在除增加电动机损耗使电动机过热外，还有可能产生谐波旋转磁
场，发生单相运转现象，使伺服电动机发生误动作。为了削弱高次谐波分量的影响，可在控制绕组两端并联电容器，此电容器既可提高控制相电路功率因数又可以起滤波作用。
(8)交流伺服电动机的发热与温升。交流伺服电动机在伺服系统内工作时．励磁绕线是经常接在网络上的，因此，当单相供电和转子静止时，电动机的励磁绕组不应过热其办法是适当选择网络电压和励磁相电路中的移相电容器的电容量数值，使得堵转时的励磁绕组两端电压不宜过高。
sl，系列两相交流伺服电动机在设计和制造时，对于45机座及以下机座号的电动机一般均要求可以承受在两相供电和堵转状态下的发热，而不致于使绕组烧坏。这样，在伺服系统内可不设置电动机制动装置(当转子制动时，使控制绕组断开的特殊保护装置)，使系统结构简化；以及在传动机构发生故障的情况下，使交流伺服电动机在两相供电和堵转状态下，电动机绕组不过热、不烧坏。
电动机的温升同散热条件关系很大，改善散热条件．在同样的损耗情况下，可以降低电动机的温升。改善散热条件的方法有：
①安装在有足够大散热面积的金属固定面板上，电动机与面板应紧密接触，要通风良好，必要时可以用风扇冷却。
②多台电动机之间以及电动机与其他发热器件(如变压器、功率管等要尽量隔开一定距离。