步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器原理

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1、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器原理步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化設(shè)備中。步進(jìn)電機(jī)和普通電動機(jī)不同之處在于它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它同時完成兩個工作：一是傳遞轉(zhuǎn)矩，二是控制轉(zhuǎn)角位置或速度。1．步進(jìn)電機(jī)工作原理2．步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖1.2步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖3．驅(qū)動器原理??步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動器和控制器才能正常工作。驅(qū)動器的作用是對控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配、功率放大，使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電，控制電機(jī)轉(zhuǎn)動。?????????????????????????圖1.3步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)???以兩相步進(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)

2、給驅(qū)動器一個脈沖信號和一個正方向信號時，驅(qū)動器經(jīng)過環(huán)形分配器和功率放大后，給電機(jī)繞組通電的順序?yàn)?，其四個狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動；若方向信號變?yōu)樨?fù)時，通電時序就變?yōu)?電機(jī)就逆時針轉(zhuǎn)動。圖1.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路原理圖分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路原理圖1.4，當(dāng)T導(dǎo)通時有：R為電路中存在的等效電阻。如果，電機(jī)不轉(zhuǎn)動，感應(yīng)電動勢E＝0，則：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，功率放大電路由單電壓電路、高低壓電路發(fā)展到現(xiàn)在的斬波電路。其基本原理是：在電機(jī)繞組回路中，串聯(lián)一個電流檢測回路，當(dāng)繞組電流降低到某一下限值時，電流檢測回路發(fā)出信號，控制高壓開關(guān)管導(dǎo)通，

3、讓高壓再次作用在繞組上，使繞組電流重新上升；當(dāng)電流回升到上限值時，高壓電源又自動斷開。重復(fù)上述過程，使繞組電流的平均值增加，電流波形的波頂維持在預(yù)定數(shù)值上，解決了高低壓電路在低頻段工作時電流下凹的問題，使電機(jī)在低頻段力矩增大。步進(jìn)電機(jī)一定時，供給驅(qū)動器的電壓值對電機(jī)性能影響較大，電壓越高，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高、力矩越大；在驅(qū)動器上一般設(shè)有相電流調(diào)節(jié)開關(guān)，相電流設(shè)的越大，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高、力矩越大。4．細(xì)分控制原理為了提高步進(jìn)電機(jī)的性能，細(xì)分驅(qū)動器已經(jīng)廣泛應(yīng)用。細(xì)分驅(qū)動器的原理是通過改變A，B相電流的大小，以改變合成磁場的夾角，從而可將一個步距

4、角細(xì)分為多步。圖1.7步進(jìn)電機(jī)細(xì)分原理圖細(xì)分?jǐn)?shù)越高，電流越平滑，電機(jī)轉(zhuǎn)動就越平穩(wěn)。驅(qū)動器一般都具有細(xì)分功能，常見的細(xì)分倍數(shù)有：1/2，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64，1/256；或：1/5，1/10，1/20。細(xì)分后步進(jìn)電機(jī)步距角按下列方法計算：步距角=電機(jī)固有步距角/細(xì)分?jǐn)?shù)例如：一臺1.8°電機(jī)設(shè)定為4細(xì)分，其步距角為1.8°/4=0.45°。當(dāng)細(xì)分等級大于1/4后，電機(jī)的定位精度并不能提高，只是電機(jī)轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)。5．步進(jìn)電機(jī)的術(shù)語及特點(diǎn)相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的勵磁線圈對數(shù)。步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位

5、移。一般二相電機(jī)的步距角為1.8度，即電機(jī)運(yùn)動200步為一周。靜力矩（HOLDINGTORQUE）：是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近于靜力矩。定位力矩（DETENTTORQUE）：是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：（誤差/步距角）′100%。步進(jìn)角的誤差不累積。最大空載起動頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。最大空載的運(yùn)行

6、頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高運(yùn)行頻率。相電流：電機(jī)繞組所通過的電流。電機(jī)矩頻特性：電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與脈沖頻率關(guān)系的曲線稱為電機(jī)矩頻特性，這是電機(jī)諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如圖2.2所示，在低速時的電機(jī)力矩接近靜轉(zhuǎn)矩，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加，感應(yīng)電動勢加大，削弱了外加電壓的作用，使電機(jī)輸出力矩減小。圖1.10中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的

7、共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）。電機(jī)驅(qū)動電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。為使電機(jī)輸出力矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。丟步（失步）：控制器給電機(jī)發(fā)了n個脈沖，步進(jìn)電機(jī)并沒有轉(zhuǎn)動n個步距角。一般當(dāng)電機(jī)力矩偏小、加速度偏大、速度偏高、摩擦力不均勻等都會是丟步現(xiàn)象發(fā)生。步進(jìn)電機(jī)的類型：現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角

8、一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)