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步進(jìn)電機(jī)

  • 步進(jìn)電機(jī)
步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講:當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào),它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。

工作原理

  步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī),它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成分時(shí)供電的,多相時(shí)序控制電流,用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電,步進(jìn)電機(jī)才能正常工作,驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的,多相時(shí)序控制器。

  雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用,但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī),交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事,它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。

  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(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增,在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。

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  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)

  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)角一般為7.5度 或15度;

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)

  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(dòng)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(lì)磁繞組,利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

混合式步進(jìn)電機(jī)

  混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相:兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。

步進(jìn)電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

  1. 電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù);

  2. 電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩(當(dāng)繞組激磁時(shí));

  3. 由于每步的精度在百分之三到百分之五,而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性;

  4. 優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng);

  5. 由于沒(méi)有電刷,可靠性較高,因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命;

  6. 電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定,因而可以采用開(kāi)環(huán)控制,這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡(jiǎn)單而且控制成本;

  7. 僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。

  8. 由于速度正比于脈沖頻率,因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。

缺點(diǎn)

  1. 如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振;

  2. 難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)

 ?。?)構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器系統(tǒng)的專用集成電路

  A、脈沖分配器集成電路:如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。

  B、包含脈沖分配器和電流斬波的控制器集成電路:如SGS公司的L297、L6506等。

  C、只含功率驅(qū)動(dòng)(或包含電流控制、保護(hù)電路)的驅(qū)動(dòng)器集成電路:如日本新電元工業(yè)公司的MTD1110(四相斬波驅(qū)動(dòng))和MTD2001(兩相、H橋、斬波驅(qū)動(dòng))。

  D、將脈沖分配器、功率驅(qū)動(dòng)、電流控制和保護(hù)電路都包括在內(nèi)的驅(qū)動(dòng)控制器集成電路,如東芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042(四相)和ALLEGRO公司的UCN5804(四相)等。

  (2)“細(xì)分驅(qū)動(dòng)”概述:

  將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法,稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng),細(xì)分是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的,與電機(jī)本身無(wú)關(guān)。其原理是,讓定子通電相電流并不一次升到位,而斷電相電流并不一次降為0(繞組電流波形不再是近似方波,而是N級(jí)近似階梯波),則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力,會(huì)使轉(zhuǎn)子有N個(gè)新的平衡位置(形成N個(gè)步距角)。


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