步進電機作為執(zhí)行元件,是機電一體化的關鍵產品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展,步進電機的需求量與日俱增,在各個國民經(jīng)濟領域都有應用。
步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”),它的旋轉是以固定的角度一步一步運行">

      技術頻道

      步進電機的基本原理

      步進電機作為執(zhí)行元件,是機電一體化的關鍵產品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的發(fā)展,步進電機的需求量與日俱增,在各個國民經(jīng)濟領域都有應用。
      步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(稱為“步距角”),它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的??梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機,利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點,廣泛應用于各種開環(huán)控制。
      現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機(VR)、永磁式步進電機(PM)、混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等。
      永磁式步進電機一般為兩相,轉矩和體積較小,步進角一般為7.5度 或15度;
      反應式步進電機一般為三相,可實現(xiàn)大轉矩輸出,步進角一般為1.5度,但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵磁繞組,利用磁導的變化產生轉矩。
      混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相:兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛,也是本次細分驅動方案所選用的步進電機。
      步進電機的一些基本參數(shù):
      電機固有步距角:
      它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號,電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值,如86BYG250A型電機給出的值為0.9°/1.8°(表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°),這個步距角可以稱之為“電機固有步距角”,它不一定是電機實際工作時的真正步距角,真正的步距角和驅動器有關。
      步進電機的相數(shù):
      是指電機內部的線圈組數(shù),目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同,其步距角也不同,一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細分驅動器時,用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器,則‘相數(shù)’將變得沒有意義,用戶只需在驅動器上改變細分數(shù),就可以改變步距角。
      保持轉矩(HOLDING TORQUE):
      是指步進電機通電但沒有轉動時,定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一,通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減,輸出功率也隨速度的增大而變化,所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如,當人們說2N.m的步進電機,在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進電機。
      DETENT TORQUE:
      是指步進電機沒有通電的情況下,定子鎖住轉子的力矩。DETENT TORQUE 在國內沒有統(tǒng)一的翻譯方式,容易使大家產生誤解;由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料,所以它沒有DETENT TORQUE。
      步進電機的特征
      高精度的定位:
      步進電機最大特征即是能夠簡單的做到高精度的定位控制。以5相步進電機為例:其定位基本單位(分辨率)為0.72°(全步級)/0.36°(半步級),是非常小的;停止定位精度誤差皆在±3分(±0.05°)以內,且無累計誤差,故可達到高精度的定位控制。(步進電機的定位精度是取決于電機本身的機械加工精度)
      位置及速度控制:
      步進電機在輸入脈沖信號時,可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉進而得到靈活的角度控制(位置控制),并可得到與該脈沖信號周波數(shù)(頻率)成比例的回轉速度。
      具定位保持力:
      步進電機在停止狀態(tài)下(無脈波信號輸入時),仍具有激磁保持力,故即使不依靠機械式的剎車,也能做到停止位置的保持。
      動作靈敏:
      步進電機因為加速性能優(yōu)越,所以可做到瞬時起動、停止、正反轉之快速、頻繁的定位動作。
      開回路控制、不必依賴傳感器定位:
      步進電機的控制系統(tǒng)構成簡單,不需要速度感應器(ENCODER、轉速發(fā)電機)及位置傳感器(SENSOR),就能以輸入的脈波做速度及位置的控制。也因其屬開回路控制,故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場合下使用。
      中低速時具備高轉矩:
      步進電機在中低速時具有較大的轉矩,故能夠較同級伺服電機提供更大的扭力輸出。
      高信賴性:
      使用步進電機裝置與使用離合器、減速機及極限開關等其它裝置相較,步進電機的故障及誤動作少,所以在檢查及保養(yǎng)時也較簡單容易。
      小型、高功率:
      步進電機體積小、扭力大,盡管于狹窄的空間內,仍可順利做安裝,并提供高轉矩輸出。

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