《步進電機原理》word版

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1、步進電機結(jié)構(gòu)和工作原理步進電機是一種專門用于位置和速度精確控制的特種電機。步進電機的最大特點是其“數(shù)字性”，對于微電腦發(fā)過來的每一個脈沖信號，步進電機在其驅(qū)動器的推動下運轉(zhuǎn)一個固定角度（簡稱一步），如下圖所示。如接收到一串脈沖步進電機將連續(xù)運轉(zhuǎn)一段相應(yīng)距離。同時您可通過控制脈沖頻率，直接對電機轉(zhuǎn)速進行控制。由于步進電機工作原理易學(xué)易用，成本低（相對于伺服）、電機和驅(qū)動器不易損壞，非常適合于微電腦和單片機控制，因此近年來在各行各業(yè)的控制設(shè)備中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用.本文將向用戶簡述步進電機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，舉例說明步進電機驅(qū)動器的工作原理，直線步進電機的結(jié)構(gòu)和

2、工作原理。步進電機的種類和特點步進電機在構(gòu)造上有三種主要類型：反應(yīng)式（VariableReluctance，VR）、永磁式（PermanentMagnet,PM）和混合式(HybridStepping,HS)?！し磻?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1.2°、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證?！び来攀剑河来攀讲竭M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、輸出力矩大，但這種電機精度差，步矩角大（一般為7.5°或15°）。·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

3、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矩精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步矩角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高。按定子上繞組來分，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電機，約占97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上細分驅(qū)動器后效果良好。該種電機的基本步矩角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動器后，步矩角減少為0.9°，配上細分驅(qū)動器后其步矩角可細分達256倍（0.007°）。由于摩擦力和制造精度等原因，實際控制精度略低。同一步進電機可配不同細分的驅(qū)動器以改變精度和效果。1.基本結(jié)構(gòu)：2.工作原理：簡單的講，步進電機驅(qū)動器根據(jù)外

4、來的脈沖，通過其內(nèi)部的邏輯電路控制步進電機的繞組按一定的次序正反通電，從而實現(xiàn)其運轉(zhuǎn)。以兩相1.8度，步進電機為例，其主要分為4線（雙極性），6線（單極性）兩種方式：線（雙極性）電機，當(dāng)其繞組的通電方向順序按照AC->BD->CA->DB四個狀態(tài)周而復(fù)始進行變化，每變化一次，電機運轉(zhuǎn)一步,即1.8度。6線（單極性）電機，當(dāng)其繞組的通電方向順序按照OA->OB->OC->OD四個狀態(tài)周而復(fù)始進行變化，每變化一次，電機運轉(zhuǎn)一步,即1.8度。·以上僅僅是一個原理性的介紹，實際的運行中會有很多復(fù)雜的情況產(chǎn)生，其相應(yīng)的控制方式也有很多種，如果需要特殊的幫助，可以和上海運控

5、公司聯(lián)系。步進電機的基本原理電機將電能轉(zhuǎn)換成機械能，步進電機將電脈沖轉(zhuǎn)換成特定的旋轉(zhuǎn)運動。每個脈沖所產(chǎn)生的運動是精確的，并可重復(fù)，這就是為什么步進電機在定位應(yīng)用中如此有效的原因。圖2顯示了一個兩相電機的典型的步進順序。在第1步中，兩相定子中的A相被通電，因異性相吸，其磁場將轉(zhuǎn)子固定在圖示位置。當(dāng)A相關(guān)閉、B相被通電時，轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)90°。在第3步中，B相關(guān)閉、A相被通電，但極性與第1步相反，這促使轉(zhuǎn)子再次旋轉(zhuǎn)90°。在第4步中，A相關(guān)閉、B相通電，極性與第2步相反。重復(fù)該順序促使轉(zhuǎn)子按90°的步距角順時針旋轉(zhuǎn)。圖2中顯示的步進順序稱為“單相通電”步進。更常用的

6、步進方法是“雙相通電”，即電機的兩相一直通電。但是，一次只能轉(zhuǎn)換一相的極性，見圖3所示。兩相步進時，轉(zhuǎn)子與定子兩相之間的軸線處對直。由于兩相一直通電，本方法比“單相通電”步進多提供了41.1%的力矩，但輸入功率為2倍。半步步進電機也可以轉(zhuǎn)換相位之間插入一個關(guān)閉狀態(tài)而走“半步”。這將步進電機的整個步距角一分為二。例如，一個90°的步進電機將每半步移動45°，見圖4。但是，與“兩相通電”相比，半步進通常導(dǎo)致15%-30%的力矩損失（取決于步進速率）。在每交換半步的過程中，由于其中一個繞組沒有通電，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。雙極性繞組二相通電步

7、進順利利用了一種“雙極性線圈繞組”的方法，每極只有一個繞組，通過改變繞組中的電流方向，從而改變相應(yīng)極上的電磁極性，典型的兩相雙極驅(qū)動的輸出步驟在電器原理圖和下面圖5中的步進順序中有進一步闡述。雙極性步進Q2-Q3Q1-Q4Q6-Q7Q5-Q81ONOFFONOFF2OFFONONOFF3OFFONOFFON4ONOFFOFFON1ONOFFONOFF單極性繞組另一常用繞組是單極性繞組，每個電極上饒有兩個繞組，當(dāng)一個繞組通電時，產(chǎn)生被磁場，另一個繞組通電則產(chǎn)生南磁場，因為從驅(qū)動器到線圈的電流不會反向，所以可稱為單極性繞組。該方法下電機的步進順序見圖6所示。通過這種

8、設(shè)計使得電子驅(qū)動器簡單化