步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器原理_圖文

1、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)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(dòng)化設(shè)備中。步進(jìn)電機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)不同之處在于它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，它同時(shí)完成兩個(gè)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(dòng)器原理步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作。驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)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(dòng)。 圖1.3 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)以?xún)上嗖竭M(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖信號(hào)和一個(gè)正方向信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過(guò)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(gè)狀態(tài)周

2、而復(fù)始進(jìn)行變化，電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；若方向信號(hào)變?yōu)樨?fù)時(shí)，通電時(shí)序就變?yōu)? 電機(jī)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖1.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖1.4，當(dāng)T 導(dǎo)通時(shí)有：R 為電路中存在的等效電阻。如果，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(gè)電流檢測(cè)回路，當(dāng)繞組電流降低到某一下限值時(shí)，電流檢測(cè)回路發(fā)出信號(hào)，控制高壓開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，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(shí)，高壓電源又自動(dòng)斷開(kāi)。重復(fù)上述過(guò)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，

3、解決了高低壓電路在低頻段工作時(shí)電流下凹的問(wèn)題，使電機(jī)在低頻段力矩增大。步進(jìn)電機(jī)一定時(shí)，供給驅(qū)動(dòng)器的電壓值對(duì)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(dòng)器上一般設(shè)有相電流調(diào)節(jié)開(kāi)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(dòng)器已經(jīng)廣泛應(yīng)用。細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過(guò)改變A ，B 相電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角，從而可將一個(gè)步距角細(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(dòng)就越平穩(wěn)。驅(qū)動(dòng)器一般都具有細(xì)分功能，常見(jiàn)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/

4、10，1/20。細(xì)分后步進(jìn)電機(jī)步距角按下列方法計(jì)算：步距角 = 電機(jī)固有步距角 / 細(xì)分?jǐn)?shù)例如：一臺(tái)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(jí)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(dòng)更平穩(wěn)。5步進(jìn)電機(jī)的術(shù)語(yǔ)及特點(diǎn)相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N 、S 磁場(chǎng)的勵(lì)磁線圈對(duì)數(shù)。步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移。一般二相電機(jī)的步距角為1.8度，即電機(jī)運(yùn)動(dòng)200步為一周。靜力矩（HOLDING TORQUE）：是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(shí)的力矩接近于

5、靜力矩。定位力矩（DETENT TORQUE）：是指步進(jìn)電機(jī)沒(méi)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(guò)一個(gè)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(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)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(dòng)的最大頻率。最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)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(guò)的電流。電機(jī)矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與脈沖頻率關(guān)系的曲線稱(chēng)為電機(jī)矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)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

6、低速時(shí)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(dòng)勢(shì) 圖1.10中，曲線31電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，180-250pps 之間（步距角1.8度）。電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(gè)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(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)并沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)n 個(gè)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(huì)是丟步現(xiàn)象發(fā)生。 步進(jìn)電機(jī)的類(lèi)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 ）

7、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(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)是指綜合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)。它又分為兩相、三相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度，三相步進(jìn)角一般為1.2度，而五相步進(jìn)角一般為0.72度。6步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器接線1） 步進(jìn)電機(jī)線圈的串、并聯(lián)許多2相步進(jìn)電機(jī)有8根引線，這種電機(jī)既可以串聯(lián)連接又可以并聯(lián)連接。 串聯(lián)連接的電機(jī)，線圈長(zhǎng)度增加，力矩較大；并聯(lián)連接

8、的電機(jī)，電感較小，所以啟動(dòng)、停止速度較快。注意：通過(guò)對(duì)調(diào)A 和A 在驅(qū)動(dòng)器上的位置，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。2） 用萬(wàn)用表確認(rèn)線圈極性 在沒(méi)有電機(jī)說(shuō)明書(shū)時(shí)，可以用萬(wàn)用表確認(rèn)電機(jī) 8 引線的極性，方法如下： A先用萬(wàn)用表測(cè)量 8 個(gè)引線之間的電阻，可判斷出 4 組線圈引線； B由于只接 1、6，2、8 或 1、6，7、4 二個(gè)線圈電機(jī)也能正常轉(zhuǎn)動(dòng)，所 以，在 4 個(gè)線圈中任選 2 個(gè)，接在驅(qū)動(dòng)器上； 如果電機(jī)不轉(zhuǎn)，說(shuō)明這 2 組線圈是 A 相線圈；另外 2 個(gè)線圈是 B 相的 2 個(gè) 線圈； 如果電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，說(shuō)明這 2 個(gè)線圈一個(gè)是 A 相，一個(gè)是 B 相線圈； C接 2 組線圈讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后，再?gòu)氖Ｏ碌?2 個(gè)線圈中任選一個(gè)線圈，串聯(lián) 在 A 相線圈上，如果電機(jī)電機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)了，說(shuō)明該線圈是 A 相的另一個(gè)線圈； 如果電機(jī)不轉(zhuǎn)，將這個(gè)線圈的正負(fù)對(duì)調(diào)后再試一次，如果電機(jī)還不轉(zhuǎn)，說(shuō)明 該線圈是 B 相的另一個(gè)線圈。 D用上述同樣方法，可以確定最后一個(gè)線圈的極性。 3）步進(jìn)電機(jī)驅(qū)