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步进电机的基本原理

发布日期:2016-04-10  浏览?#38382;?11
步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系?#25345;小?#38543;着微电子?#22270;?#31639;机技术的发展,步进电机的需求量与?#31449;?#22686;,在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位?#39057;?#25191;行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为?#23433;?#36317;角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差(精度为100%)的特点,广泛应用于各种开环控制。
 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、?#26469;?#24335;步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。
        ?#26469;?#24335;步进电机一般为?#36739;啵?#36716;矩和体积较小,步进角一般为7.5度 或15度;
反应式步进电机一般为三相,可实?#25191;?#36716;矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。
    混合式步进电机是指混合了?#26469;?#24335;和反应式的优点。它?#22336;?#20026;?#36739;?#21644;五相:?#36739;?#27493;进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛,也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。
  步进电机的一些基本?#38382;?/span>
     电机固有步距角:  
    它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°),这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。
    步进电机的相数: 
    是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则‘相数’将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。
 保持转矩(HOLDING  TORQUE):
     是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的?#38382;?#20043;一,通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而?#27426;?#34928;减,输出功率也随速度的增大而变化,所以保持转矩?#32479;?#20026;了衡量步进电机最重要的?#38382;?#20043;一。?#28909;紓?#24403;人们说2N.m的步进电机,在没有特殊?#24471;?#30340;情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
 DETENT  TORQUE:
是指步进电机没有通电的情况下,定子锁住转子的力矩。DETENT  TORQUE  在国内没有统一的翻译方式,容?#36164;?#22823;家产生误解;由于反应式步进电机的转子不是?#26469;?#26448;料,所以它没有DETENT TORQUE。
  步进电机的一些特点:
1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%,?#20063;?#32047;积。
 2.步进电机外表?#24066;?#30340;最高温度。
   步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下?#30340;?#33267;于失步,因此电机外表?#24066;?#30340;最高温度应取决于不同电机磁性材?#31995;?#36864;磁点;一般来讲,磁性材?#31995;?#36864;磁点都在摄氏130度以上,有的甚至高达摄氏200度以上,所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
           当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。
4.步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
       步进电机有一个技术?#38382;?#31354;载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率?#31995;停?#28982;后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。
       步进电动机以其显著的特点,在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以?#23433;?#36827;电机本身技术的提高,步进电机将会在更多的领域得到应用。

 

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