步進電機簡介

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上               步進電機簡介     步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。 

2、60;  步進電機分三種：永磁式（PM） ，反應式（VR）和混合式（HB）    永磁式步進一般為兩相，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。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；    混合式步進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。 一.工作原理（一）反應式步進電機1、結構：  &

3、#160; 電機轉子均勻分布著很多小齒（1，2，3，4，5），電機定子有三個勵磁繞阻（A，B，C），A與齒1相對齊，B與齒2錯開1/3，C與齒3錯開2/3，A與齒5相對齊.。將定子和轉子展開如下2、旋轉：    如A相通電，B、C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊；如B相通電，A、C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉子向右移過1/3，此時齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移2/3；如C相通電，A、B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3，此時齒4與A偏移為1/3對齊；如A相通電，B、C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過1/3。 這樣經(jīng)過A、B、C

4、、A分別通電，齒4移到A相，電機轉子向右轉過一個齒距，如果不斷地按A、B、C、A.通電，電機就向右旋轉；如按A、C、B、A通電，電機就向左轉。由此可見：電機的位置和速度由導電脈沖數(shù)和頻率成一一對應關系，而方向由導電順序決定。    不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮，往往采用A-AB-B-BCC-CA-A這種導電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3改變?yōu)?/6。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3變?yōu)?/12，1/24，這就是電機細分驅動的基本理論依據(jù)。但經(jīng)過理論分析及大量的實驗證明：細分數(shù)如果超過10，電機帶負載后，就會產(chǎn)生跳步和失步現(xiàn)象。 &

5、#160;  不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉被控制這是步進電機旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。  3、力矩：    電機一旦通電，在定轉子間將產(chǎn)生磁場（磁通量）。當轉子與定子錯開一定角度時，產(chǎn)生的吸引力 F=K*d/d成正比。其中磁通量=Br*S（Br=N*I/R為磁密，S為導磁面積，N*I為勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻） ，為

6、錯齒量，K為系數(shù)?？梢姡現(xiàn)與L*D*Br成正比（ L為鐵芯有效長度，D為轉子直徑）。    力矩=F*D/2，因此，力矩與電機有效體積*安匝數(shù)*磁密成正比（設為線性狀態(tài)），即電機有效體積越大，勵磁安匝數(shù)越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。（二）感應子式步進電機（永磁式）1、特點：    感應子式步進電機與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較

7、好，使其在運轉過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。    感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行（必須采用雙極電壓驅動），而反應式電機則不能如此。    例如：四相，八相運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=。    一個二相電機的內部繞組與四相電機完全一致，小功率電機一般直接接為二相，而功率大一點的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣

8、使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。2、分類    感應子式步進電機以相數(shù)可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電機外徑）可分為：42BYG(BYG為感應子式步進電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標準），而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國內標準。3、步進電機的靜態(tài)指標術語    相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)，常用m表示。    拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或導電狀態(tài)用n表示，或指電機轉過一個齒距角

9、所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。    步距角：對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用表示。=360度（轉子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。    每轉步數(shù)：電機每轉一轉所轉過的步數(shù)。    定位轉矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉子自身的鎖

10、定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）。    保持扭矩：電機繞組通電不轉動時的最大輸出扭矩值。     工作扭矩：電機繞組通電轉動時的最大輸出扭矩值。注意：保持扭距比工作扭矩大，選電機是要以工作扭矩為選擇依據(jù)。    靜轉矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。    雖然靜轉矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高

11、靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。4、步進電機動態(tài)指標及術語：    1、步距角精度：步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應在5%之內，八拍運行時應在15%以內。    2、失步：電機運轉時運轉的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。    3、失調角：轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅動是不能解決的。    4、最大空載起動頻率

12、：電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。    5、最大空載的運行頻率：電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。這個速度遠大于啟動頻率。    6、運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。如下左圖所示：    其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。    電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電

13、機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。如上右圖所示。其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的最大速度點。要使平均電流大，盡可能提高驅動電壓，使采用小電感大電流的電機。    7、電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應子式步進電機的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機驅動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。為使電機輸出電矩大，不失步

14、和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應遠離共振區(qū)。    現(xiàn)在，步進電機的發(fā)展非常迅速，如德國百格拉公司的交流伺服電機運行性能的步進電機系統(tǒng)，其三相混合式步進電機采用交流伺服原理工作，運用特殊精密機械加工工藝，使步進電機定子和轉子之間間隙僅為50um，轉子和定子的直徑比提高到59%，大大提高了電機工作扭矩，特別是高速時的工作扭矩。由于定子和轉子上磁槽數(shù)遠多于五相和兩相混合式步進電機，使三相混合式步進電機可以按五相和兩相混合式步進電機的步數(shù)進行工作。電機的扭矩僅與轉速有關，而與電機每轉的步數(shù)無關，例如：2Nm電機在每轉500步和10000步，800轉/分時的扭矩都是1

15、.75Nm。在低速時運行極其平穩(wěn)，幾乎無共振區(qū)，高速時扭矩大，運行特性類同交流伺服電機。二.步進電機選用（一）力矩與功率計算    步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：                P= ·M           &#

16、160;    =2·n/60                P=2nM/60其中P為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉速，M為力矩單位為牛頓·米。                P=2fM/400(半步工作）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡

17、稱PPS)（二）步進電機的選擇    步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。    1、步距角的選擇     電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度 （三相電機）等。    2

18、、靜力矩的選擇     步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。    3、電流的選擇    靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓）    綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟：三.應用中的注意點    1、步進電機應用于低速場合-每分鐘轉速不超過1000轉，（0.9度時6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。    2、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。