步進(jìn)電機(jī)式電子膨脹閥工作及驅(qū)動原理-ZLin-2011-3-31

1、l步進(jìn)電機(jī)簡介l步進(jìn)電機(jī)的工作原理l步進(jìn)電機(jī)的基本構(gòu)造l步進(jìn)電機(jī)的類別l步進(jìn)電機(jī)的靜/動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語l步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動式電子膨脹閥的主要應(yīng)用l步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。l在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)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(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。l可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。l例如電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電

2、流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個(gè)角度。l每輸入一個(gè)電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。l動作順序：(1-1相)L1N極, 初始位置L1L2L3L4SNL2N極,L1 Off回轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)90L3N極,L2 Off回轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)90L4N極,L3回轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)90L1N極, 回復(fù)至初始位置l固有步距角

3、固有步距角 即控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如艾默生EX4-8系列給出的值為1.8（表示整步工作時(shí)為1.8） 通常步進(jìn)電機(jī)步距角的一般計(jì)算按下式計(jì)算。 =360/（ZmK） 步進(jìn)電機(jī)的步距角； Z轉(zhuǎn)子齒數(shù)； m步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)； K控制系數(shù)，是拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)l步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)步進(jìn)電機(jī)的相數(shù) 電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，通常用m表示；目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/0.72 。注：在沒有細(xì)分驅(qū)動器時(shí)，OEM主要靠選擇不同相數(shù)的步

4、進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則相數(shù)將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。l步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù)步進(jìn)電機(jī)的拍數(shù) 拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)， 四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：對應(yīng)一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為=360度

5、/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 l保持轉(zhuǎn)矩保持轉(zhuǎn)矩 步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時(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)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。 比如，3N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為3N.m的步進(jìn)電機(jī)。l步進(jìn)電機(jī)的精度 步進(jìn)電機(jī)在轉(zhuǎn)動時(shí)，每個(gè)步距角的誤差 一般為步距角的35%，且不會累積。n = 理論步距角n = 實(shí)際電動機(jī)軸停止的位置 n = 角度差 l步進(jìn)電機(jī)的分類:l(A) 構(gòu)造上分類l1) 可變磁阻型或

6、反應(yīng)型(VR型) (Variable Reluctance)l2) 永磁型(PM型) (Permanent Magnet)l3) 混合型(HB型) (Hybrid)l(B) 驅(qū)動方式分類l1) 雙極驅(qū)動型(Bipolar)l2) 單極驅(qū)動型(Unipolar)l(C) 其它l1) 線性型 (Linear Stepper Motor)l可變磁阻型 （VR）l永磁型 （PM）上頂蓋轉(zhuǎn)子主彈簧閥體芯套轉(zhuǎn)子本體芯套支撐彈簧彈簧墊圈螺紋套錐針定位圈l混合型（HB）混合型，雙極驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)閥瓣(陶瓷)流口(水珠形)傳動軸導(dǎo)桿接線柱共振區(qū)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)脈沖信號做開環(huán)控制，系統(tǒng)簡單穩(wěn)定時(shí)間長電機(jī)速度與脈沖信號成正比，控制容易步進(jìn)角度固定，應(yīng)用彈性小正反轉(zhuǎn)啟動，停止，控制容易存在失步和共振現(xiàn)象角度誤差不累積難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)速，高扭矩?zé)o電刷，可靠性高，價(jià)格低l電子膨脹閥l熱氣