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步進電機的工作原理

??步進電機又稱為電脈沖馬達(dá)、脈沖電機等,是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移的執(zhí)行元件。其特點是電動機繞組接受一個電脈沖,轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個相應(yīng)的步距角。轉(zhuǎn)子角位移的大小及轉(zhuǎn)速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其額率成正比,并在時間上與輸入脈沖同步，只要控制輸人電脈沖的數(shù)量、頻率以及電動機繞組通電相序即可獲得所需的轉(zhuǎn)角,轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向,很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制。

??一、步進電機的分類

??步進電機按其結(jié)構(gòu)和工作原理,一般可分為反應(yīng)式(磁阻式)步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機,這幾種結(jié)構(gòu)在性能上各有特點。

??(①)反應(yīng)式:定子上有繞組,轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成.結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小(可達(dá)1.2).但動態(tài)性能差、效率低.發(fā)熱大,可靠性難以保證。

??(2)永磁式:永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成:轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同.其特點是動態(tài)性能好、輸出力知大.但這種電機精度差,步距角大(一般為7.5°或15°)

??(3)混合式:混合式步進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點,其定子上有多相繞組:轉(zhuǎn)子上采用永磁材料,轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以提高步距精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好,步距角小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高。

??步進電機若按定子上繞組相數(shù)來分,共有兩相、三相、四相和五相等系列。目前應(yīng)用最為廣泛的是兩相混合式步進電機,占有絕大部分的市場份額,其優(yōu)點是xingjiabigao。該種電機的基本步距角為1.8°，但同一步進電機可通過配不同細(xì)分的驅(qū)動器以改變精度和效果。配上半步驅(qū)動器后,步距角減少為0.9°，配上細(xì)分驅(qū)動器后其步距角可細(xì)分達(dá)256倍(0.007°)。步距角越小,控制精度越高。

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二、步進電機的工作原理

??無論是哪種結(jié)構(gòu)的步進電機,其基本工作原理是一樣的,數(shù)字控制開環(huán)伺服系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的三應(yīng)式步進電機的工作原理示意圖如圖28所示

圖28步進電機的工作原理示意圖

??來介紹如下幾個概念。

??單:每次切換前后只有一相繞組通電。

??雙:每次切換前后有兩相繞組通電。

??拍:從一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)。

??三相步進電動機繞組的通電方式一般有單三拍、單六拍及雙三拍等幾種

??1.三相單三拍運行方式(單拍方式)

??每次只有一相繞組通電,使步進電機按順時針或逆時針方向旋轉(zhuǎn),這種控制方式稱為單相控制方式。對三相電動機又稱為單三拍控制方式,其繞組的通電按A一B一C一A的順序進行,其繞組電流波形如圖29所示。

??2.三相雙三拍運行方式(雙拍方式)

??三相雙三拍運行方式T作比較穩(wěn)定,共繞組通電順序為AB一BC一CA一AB,功耗比單拍方式相比增大近一倍,其繞組電流彼形如圖30所示

??3.三相六拍運行方式(單一雙拍方式)

??三相六拍運行方式的繞組通電按A→AB→B一BCC→CA一A的順序進行,其繞組電流波形如圖31所示。

??步進電機三相六拍運行方式的繞組通電順序每切換一次步進電動機順時針旋轉(zhuǎn)16",其運行原理圖如圖32所示。

??圖32步進電機三相六拍運行時原理圖

??4.步進電機轉(zhuǎn)速的計算

??三應(yīng)式步進電動機的結(jié)構(gòu)示意圖如圖33所示。

??圖 33三應(yīng)式步進電機的結(jié)構(gòu)示意圖

??1一定子;2一轉(zhuǎn)子;3一定子繞組

??設(shè)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)為Z,則齒距為=360°/Z。每通電一次,轉(zhuǎn)子就走一步,故步距角為

??式中,m為相數(shù);K為狀態(tài)系數(shù),單拍時K=1.雙拍時K=2。

??若步進電機的齒數(shù)Z一40,若按三相單三拍運行時,其步距角為3;若按三相六拍運行時,步距角為1.5° 。

??步進電機的轉(zhuǎn)子齒數(shù)Z和定子相數(shù)m愈多,則步距角愈小,控制越j(luò)ingque。如果電脈沖的頻率(電源頻率)為f,單位為PPS(每秒脈沖數(shù)),則步進電機轉(zhuǎn)速n為

??可見,反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)速只取決于脈沖頻率.轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù),而與電壓、負(fù)載、溫變等因素?zé)o關(guān)。當(dāng)步進電機的通電方式選定后,其轉(zhuǎn)速只與輸人脈沖頻率成正比:改變脈沖顧率就可以改變轉(zhuǎn)速,故可進行無級調(diào)速,調(diào)速范圍寬。

??,步進電機工作時的步數(shù)或轉(zhuǎn)速既不受電壓波動和負(fù)載變化的影響,也不受環(huán)條件(溫度、壓力、沖擊和振動等)變化的影響,只與控制脈沖同步。能按照控制的要求進行起動、停止、反轉(zhuǎn)和改變速度。被廣泛地應(yīng)用于各種數(shù)字控制系統(tǒng)中。

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