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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、脈沖電機等,是將電脈沖信號轉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,轉子就轉過一個相應的步距角。轉子角位移的大小及轉速分別與輸入的電脈沖數及其額率成正比,并在時間上與輸入脈沖同步，只要控制輸人電脈沖的數量、頻率以及電動機繞組通電相序即可獲得所需的轉角,轉速及轉向,很容易用微機實現(xiàn)數字控制。

??一、步進電機的分類

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

??(①)反應式:定子上有繞組,轉子由軟磁材料組成.結構簡單、成本低、步距角小(可達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子用永磁材料制成:轉子的極數與定子的極數相同.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式和永磁式的優(yōu)點,其定子上有多相繞組:轉子上采用永磁材料,轉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,但結構復雜、成本相對較高。

??步進電機若按定子上繞組相數來分,共有兩相、三相、四相和五相等系列。目前應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分的驅動器以改變精度和效果。配上半步驅動器后,步距角減少為0.9°，配上細分驅動器后其步距角可細分達256倍(0.007°)。步距角越小,控制精度越高。

??

二、步進電機的工作原理

??無論是哪種結構的步進電機,其基本工作原理是一樣的,數字控制開環(huán)伺服系統(tǒng)中廣泛應用的三相反應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

??首先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,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.步進電機轉速的計算

??三相反應式步進電動機的結構示意圖如圖33所示。

??圖 33三相反應式步進電機的結構示意圖

??1一定子;2一轉子;3一定子繞組

??設轉子的齒數為Z,則齒距為=360°/Z。每通電一次,轉子就走一步,故步距角為

??式中,m為相數;K為狀態(tài)系數,單拍時K=1.雙拍時K=2。

??若步進電機的齒數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° 。

??由此可見,步進電機的轉子齒數Z和定子相數m愈多,則步距角愈小,控制越jingque。如果電脈沖的頻率(電源頻率)為f,單位為PPS(每秒脈沖數),則步進電機轉速n為

??可見,反應式步進電機的轉速只取決于脈沖頻率.轉子齒數和拍數,而與電壓、負載、溫變等因素無關。當步進電機的通電方式選定后,其轉速只與輸人脈沖頻率成正比:改變脈沖顧率就可以改變轉速,故可進行無級調速,調速范圍寬。

??,步進電機工作時的步數或轉速既不受電壓波動和負載變化的影響,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、反轉和改變速度。因此被廣泛地應用于各種數字控制系統(tǒng)中。

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