步进电机

ybwhlj

步进电机的工作原理





一、前言





　　步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。


　　虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。


　　目前,

生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。


　　二、感应子式步进电机工作原理



　　（一）反应式步进电机原理





　　由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。


　　1

、结构：


　　电机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

）


　　2

、旋转：


　　如A

相通电，B

，C

相不通电时，由于磁场作用，齿1

与A

对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B

相通电，A

，C

相不通电时，齿2

应与B

对齐，此时转子向右移过1/3

て，此时齿3

与C

偏移为1/3

て，齿4

与A

偏移（て-1/3

て）=2/3

て。如C

相通电，A

，B

相不通电，齿3

应与C

对齐，此时转子又向右移过1/3

て，此时齿4

与A

偏移为1/3

て对齐。如A

相通电，B

，C

相不通电，齿4

与A

对齐，转子又向右移过1/3

て这样经过A

、B

、C

、A

分别通电状态，齿4

（即齿1

前一齿）移到A

相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A

，B

，C

，A……

通电，电机就每步（每脉冲）1/3

て,

向右旋转。如按A

，C

，B

，A……

通电，电机就反转。


　　由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。


　　不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC

－C-CA-A

这种导电状态，这样将原来每步1/3

て改变为1/6

て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3

て变为1/12

て，1/24

て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。


　　不难推出：电机定子上有m

相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1

。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——

这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。


　　3

、力矩：


　　电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф

）当转子与定子错开一定角度产生力F

与（dФ/dθ

）成正比 S

其磁通量Ф=Br*S Br

为磁密，S

为导磁面积 F

与L*D*Br

成正比L

为铁芯有效长度，D

为转子直径 Br=N·I/R N·I

为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R

为磁阻。


　　力矩=

力*

半径


　　力矩与电机有效体积*

安匝数*

磁密 成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。


　　（二）感应子式步进电机


　　1

、特点：


　　感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。


　　感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A

）完全可以采用二相八拍运行方式.

不难发现其条件为C=,D=.



　　一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。

贾电工

看看再说

我叫新人

学习。 虽然看不懂。

sjwy

多看，慢慢的理解~

xuning0077

阅了