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步进电机的结构和工作原理

供稿:中国工控网 2016/3/2 11:55:26

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  • 关键词: 步进电机 步进电机的结构 步进电机工作原理
  • 摘要:步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。步进电机的最大特点是其“数字性”,对于微电脑发过来的每一个脉冲信号,步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度。

 

步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。步进电机的最大特点是其“数字性”,对于微电脑发过来的每一个脉冲信号,步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度(简称一步),如下图所示。如接收到一串脉冲步进电机将连续运转一段相应距离。同时您可通过控制脉冲频率,直接对电机转速进行控制。由于步进电机工作原理易学易用,成本低(相对于伺服)、电机和驱动器不易损坏,非常适合于微电脑和单片机控制,因此近年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的应用.

步进电机的种类和特点:

步进电机在构造上有三种主要类型:反应式(Variable Reluctance,VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。

反应式:

  • 定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小,可达1.2�、但动态性能差、效率低、发热大,可靠性难保证。

    永磁式:

  • 永磁式步进电机的转子用永磁材料制成,转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大,但这种电机精度差,步矩角大(一般为7.5�或15�)。

    混合式:

  • 混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点,其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料,转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好,步矩角小,但结构复杂、成本相对较高。

    按定子上绕组来分,共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机,约占 97% 以上的市场份额,其原因是性价比高,配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步矩角为1.8�/步,配上半步驱动器后,步矩角减少为0.9�,配上细分驱动器后其步矩角可细分达256倍(0.007�)。由于摩擦力和制造精度等原因,实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。

    1. 基本结构:


  • 2. 工作原理:

  • 简单的讲,步进电机驱动器根据外来的脉冲,通过其内部的逻辑电路控制步进电机的绕组按一定的次序正反通电,从而实现其运转。以两相1.8度,步进电机为例,其主要分为4线(双极性),6线(单极性)两种方式:

  • 线(双极性)电机,当其绕组的通电方向顺序按照AC->BD->CA->DB 四个状态周而复始进行变化,每变化一次,电机运转一步,即1.8度。

    6线(单极性)电机,当其绕组的通电方向顺序按照OA->OB->OC->OD 四个状周而复始进行变化,每变化一次,电机运转一步,即1.8度。

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