一、步進(jìn)電機介紹

 

　　步進(jìn)電機又稱(chēng)為脈沖電機,基于最基本的電磁鐵原理,它是一種可以自由回轉的電磁鐵,其動(dòng)作原理是依靠氣隙磁導的變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉矩，步進(jìn)電機的角位移量與輸入的脈沖個(gè)數嚴格成正比,而且在時(shí)間上與脈沖同步，因而只要控制脈沖的數量、頻率和電機繞組的相序,即可獲得所需的轉角、速度和方向。

 

　　二、主要分類(lèi)

 

 

　　步進(jìn)電機從按定子上繞組來(lái)分，共有二相、三相和五相等系列，最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機，約占97%以上的市場(chǎng)份額，其原因是性?xún)r(jià)比高，配上細分驅動(dòng)器后效果良好。

 

　　該種電機的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅動(dòng)器后，步距角減少為0.9°，配上細分驅動(dòng)器后其步距角可細分達256倍(0.007°/微步)，由于摩擦力和制造精度等原因，實(shí)際控制精度略低，同一步進(jìn)電機可配不同細分的驅動(dòng)器以改變精度和效果。

 

　　三、主要構造

 

　　步進(jìn)電機是由一組纏繞在電機固定部件--定子齒槽上的線(xiàn)圈驅動(dòng)的，通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線(xiàn)管，而在電機中，繞在齒上的金屬絲則叫做繞組、線(xiàn)圈、或相。

 

　　四、工作原理　　

 

　　常電機的轉子為永磁體，當電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì )帶動(dòng)轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致，當定子的矢量磁場(chǎng)旋轉一個(gè)角度，轉子也隨著(zhù)該磁場(chǎng)轉一個(gè)角度，每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機轉動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。

 

　　它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比、轉速與脈沖頻率成正比，改變繞組通電的順序，電機就會(huì )反轉，所以可用控制脈沖數量、頻率及電動(dòng)機各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機的轉動(dòng)。

 

　　五、發(fā)熱原理

 

　　通常見(jiàn)到的各類(lèi)電機，內部都是有鐵芯和繞組線(xiàn)圈的，繞組有電阻，通電會(huì )產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說(shuō)的銅損，如果電流不是標準的直流或正弦波，還會(huì )產(chǎn)生諧波損耗，鐵心有磁滯渦流效應，在交變磁場(chǎng)中也會(huì )產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。

 

　　銅損和鐵損都會(huì )以發(fā)熱的形式表現出來(lái)，從而影響電機的效率，步進(jìn)電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉速而變化，因而步進(jìn)電機普遍存在發(fā)熱情況，且比一般交流電機嚴重。

 

　　六、步進(jìn)電機的細分驅動(dòng)控制

 

　　步進(jìn)電機由于受到自身制造工藝的限制,如步距角的大小由轉子齒數和運行拍數決定,但轉子齒數和運行拍數是有限的,因此步進(jìn)電機的步距角一般較大并且是固定的,步進(jìn)的分辨率低、缺乏靈活性、在低頻運行時(shí)振動(dòng),噪音比其他微電機都高,使物理裝置容易疲勞或損壞。

 

　　這些缺點(diǎn)使步進(jìn)電機只能應用在一些要求較低的場(chǎng)合,對要求較高的場(chǎng)合,只能采取閉環(huán)控制,增加了系統的復雜性,這些缺點(diǎn)嚴重限制了步進(jìn)電機作為優(yōu)良的開(kāi)環(huán)控制組件的有效利用，細分驅動(dòng)技術(shù)在一定程度上有效地克服了這些缺點(diǎn)。

 

　　七、選擇方法　　

 

　　1.判斷需多大力矩

 

　　靜扭矩是選擇步進(jìn)電機的主要參數之一，負載大時(shí)，需采用大力矩電機，力矩指標大時(shí)，電機外形也大。

 

　　2.判斷電機運轉速度

 

　　轉速要求高時(shí)，應選相電流較大、電感較小的電機，以增加功率輸入，且在選擇驅動(dòng)器時(shí)采用較高供電電壓。

 

　　3.選擇電機的安裝規格

 

　　如57、86、110等，主要與力矩要求有關(guān)。

 

　　4.確定定位精度和振動(dòng)方面的要求情況

 

　　判斷是否需細分，需多少細分，根據電機的電流、細分和供電電壓選擇驅動(dòng)器 。

 

　　八、主要特性　　

 

　　1.步進(jìn)電機必須加驅動(dòng)才可以運轉，驅動(dòng)信號必須為脈沖信號，沒(méi)有脈沖的時(shí)候，步進(jìn)電機靜止，如果加入適當的脈沖信號，就會(huì )以一定的角度(稱(chēng)為步角)轉動(dòng)，轉動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。

 

　　2.三相步進(jìn)電機的步進(jìn)角度為7.5度，一圈360度，需要48個(gè)脈沖完成。

 

　　3.步進(jìn)電機具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。

 

　　4.改變脈沖的順序，可以方便的改變轉動(dòng)的方向，因此，打印機、繪圖儀、機器人等設備都以步進(jìn)電機為動(dòng)力核心。

 

　　九、步進(jìn)電機優(yōu)點(diǎn)

 

　　1.電機旋轉的角度正比于脈沖數。

 

　　2.電機停轉的時(shí)候具有最大的轉矩(當繞組激磁時(shí))。

 

　　3.由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì )將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動(dòng)的重復性。

 

　　4.優(yōu)秀的起停和反轉響應。

 

　　5.由于沒(méi)有電刷，可靠性較高，因此電機的壽命僅僅取決于軸承的壽命。

 

　　6.電機的響應僅由數字輸入脈沖確定，因而可以采用開(kāi)環(huán)控制，這使得電機的結構可以比較簡(jiǎn)單而且控制成本。

 

　　7.僅僅將負載直接連接到電機的轉軸上也可以極低速的同步旋轉。

 

　　8.由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉速范圍。

 

　　十、步進(jìn)電機缺陷

 

　　1.如果控制不當容易產(chǎn)生共振。

 

　　2.難以運轉到較高的轉速。

 

　　3.難以獲得較大的轉矩。

 

　　4.在體積重量方面沒(méi)有優(yōu)勢，能源利用率低。

 

　　5.超過(guò)負載時(shí)會(huì )破壞同步，高速工作時(shí)會(huì )發(fā)出振動(dòng)和噪聲。

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