步进电机原理及使用说明(一)
来源: 西安摩森机电   发布时间: 2012-05-02 21:26   2777 次浏览   大小:  16px  14px  12px
本文简述了步进电机的原理、驱动控制、步进电机应用及应用过程应该注意的问题。

步进电机工作原理及使用说明(一)

 一、步进电机概述

 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单步误差和累积误差等特点。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,但步进电机并不象普通的直流电机、交流电机在常规下使用。步进电机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。 

 这里,我们以广泛应用的感应子式步进电机为例,叙述其基本工作原理。希望能对广大用户在选型、使用及整机改进时有所帮助。

 二、永磁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。 01/3て、2/3,(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)下面是定转子的展开图

    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

 

 

        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。
 

 

 
 
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