步進電機的工作原理

時間 2021-07-07 10:05:44

1樓:梅子味的雞排

1、通常電機的轉子為永磁體,當電流流過定子繞組時,定子繞組產生一向量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度,使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的向量磁場旋轉一個角度。

轉子也隨著該磁場轉一個角度。

2、每輸入一個電脈衝,電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈衝數成正比、轉速與脈衝頻率成正比。改變繞組通電的順序,電機就會反轉。

所以可用控制脈衝數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。

1、步進電機也叫步進器,它利用電磁學原理,將電能轉換為機械能,人們早在20世紀20年代就開始使用這種電機。隨著嵌入式系統的日益流行,步進電機的使用也開始暴增。

2、步進電機是由一組纏繞在電機固定部件定子齒槽上的線圈驅動的。通常情況下,一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管,而在電機中,繞在齒上的金屬絲則叫做繞組、線圈。

3、步進電機的起動頻率特性使步進電機啟動時不能直接達到執行頻率,而要有一個啟動過程,即從一個低的轉速逐漸升速到執行轉速。停止時執行頻率不能立即降為零,而要有一個高速逐漸降速到零的過程。

2樓:楊高嶺之花

它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成分時供電的,多相時序控制電流,用這種電流為步進電機供電,步進電機才能正常工作,驅動器就是為步進電機分時供電的,多相時序控制器。

3樓:x證

工作原理:

通常電機的轉子為永磁體,當電流流過定子繞組時,定子繞組產生一向量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度,使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的向量磁場旋轉一個角度。

轉子也隨著該磁場轉一個角度。

每輸入一個電脈衝,電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈衝數成正比、轉速與脈衝頻率成正比。改變繞組通電的順序,電機就會反轉。

所以可用控制脈衝數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。

拓展資料:

步進電機指標術語:

1、相數:產生不同對極n、s磁場的激磁線圈對數。常用m表示。

2、拍數:完成一個磁場週期性變化所需脈衝數或導電狀態用n表示,或指電機轉過一個齒距角所需脈衝數,以四相電機為例,有四相四拍執行方式即ab-bc-cd-da-ab,四相八拍執行方式即 a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a。

3、步距角:對應一個脈衝訊號,電機轉子轉過的角位移用θ表示。θ=360度/**子齒數*執行拍數),以常規

二、四相,轉子齒為50齒電機為例。四拍執行時步距角為θ=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步),八拍執行時步距角為θ=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)。

4、定位轉矩:電機在不通電狀態下,電機轉子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的)。

5、靜轉矩:電機在額定靜態電壓作用下,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成正比,與定齒轉子間的氣隙有關,但過分採用減小氣隙,增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的,這樣會造成電機的發熱及機械噪音。

4樓:李澤洲——李冉

1.步進電機是將電脈衝訊號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下,電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝訊號的頻率和脈衝數,而不受負載變化的影響,即給電機加一個脈衝訊號,電機則轉過一個步距角。

這一線性關係的存在,加上步進電機只有週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。雖然步進電機已被廣泛地應用,但步進電機並不能象普通的直流電機,交流電機在常規下使用。

它必須由雙環形脈衝訊號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易事,它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。目前,生產步進電機的廠家的確不少,但具有專業技術人員,能夠自行開發,研製的廠家卻非常少,大部分的廠家只

一、二十人,連最基本的裝置都沒有。僅僅處於一種盲目的仿製階段。這就給戶在產品選型、使用中造成許多麻煩。

籤於上述情況,我們決定以廣泛的感應子式步進電機為例。敘述其基本工作原理。望能對廣大使用者在選型、使用、及整機改進時有所幫助。

二、感應子式步進電機工作原理

(一)反應式步進電機原理由於反應式步進電機工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應式步進電機原理。

1、結構:電機轉子均勻分佈著很多小齒,定子齒有三個勵磁繞阻,其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。0、1/3て、2/3て,(相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以て表示),即a與齒1相對齊,b與齒2向右錯開1/3て,c與齒3向右錯開2/3て,a'與齒5相對齊,(a'就是a,齒5就是齒1)下面是定轉子的圖:

2、旋**如a相通電,b,c相不通電時,由於磁場作用,齒1與a對齊,**子不受任何力以下均同)。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て,此時齒3與c偏移為1/3て,齒4與a偏移(て-1/3て)=2/3て。

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て,此時齒4與a偏移為1/3て對齊。 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て這樣經過a、b、c、a分別通電狀態,齒4(即齒1前一齒)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,電機就每步(每脈衝)1/3て,向右旋轉。如按a,c,b,a……通電,電機就反轉。

由此可見:電機的位置和速度由導電次數(脈衝數)和頻率成一一對應關係。而方向由導電順序決定。

不過,出於對力矩、平穩、噪音及減少角度等方面考慮。往往採用a-ab-b-bc-c-ca-a這種導電狀態,這樣將原來每步1/3て改變為1/6て。甚至於通過二相電流不同的組合,使其1/3て變為1/12て,1/24て,這就是電機細分驅動的基本理論依據。

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。並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製造任何相的步進電機,出於成本等多方面考慮,市場上一般以

二、三、四、五相為多。

3、力矩: 電機一旦通電,在定轉子間將產生磁場(磁通量ф)當轉子與定子錯開一定角度產生力f與(dф/dθ)成正比

其磁通量ф=br*s br為磁密,s為導磁面積 f與l*d*br成正比 l為鐵芯有效長度,d為轉子直徑 br=n·i/rn·i為勵磁繞阻安匝數(電流乘匝數)r為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數*磁密成正比(只考慮線性狀態)因此,電機有效體積越大,勵磁安匝數越大,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

1、特點:感應子式步進電機與傳統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好,使其在運轉過程中比較平穩、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執行,也可以作二相執行。(必須採用雙極電壓驅動),而反應式電機則不能如此。

例如:四相,八相執行(a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a)完全可以採用二相八拍執行方式.不難發現其條件為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特點,往往將其外部接線為八根引線(四相),這樣使用時,既可以作四相電機使用,可以作二相電機繞組串聯或並聯使用。

2、分類 感應子式步進電機以相數可分為: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、步進電機的靜態指標術語相數:產生不同對極n、s磁場的激磁線圈對數。常用m表示。

拍數:完成一個磁場週期性變化所需脈衝數或導電狀態用n表示,或指電機轉過一個齒距角所需脈衝數,以四相電機為例,有四相四拍執行方式即ab-bc-cd-da-ab,四相八拍執行方式即 a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a.步距角:

對應一個脈衝訊號,電機轉子轉過的角位移用θ表示。θ=360度**子齒數j*執行拍數),以常規

二、四相,轉子齒為50齒電機為例。四拍執行時步距角為θ=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步),八拍執行時步距角為θ=360度/ (50*8)=0.

9度(俗稱半步)。定位轉矩:電機在不通電狀態下,電機轉子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的)靜轉矩:

電機在額定靜態電作用下,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成正比,與定齒轉子間的氣隙有關,但過份採用減小氣隙,增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的,這樣會造成電機的發熱及機械噪音。

4、步進電機動態指標及術語:

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%。不同執行拍數其值不同,四拍執行時應在5%之內,八拍執行時應在15%以內。

2、失步: 電機運轉時運轉的步數,不等於理論上的步數。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,由失調角產生的誤差,採用細分驅動是不能解決的。

4、最大空載起動頻率: 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、最大空載的執行頻率: 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。

6、執行矩頻特性: 電機在某種測試條件下測得執行中輸出力矩與頻率關係的曲線稱為執行矩頻特性,這是電機諸多動態曲線中最重要的,也是電機選擇的根本依據。如下圖所示

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,而動態力矩卻不然,電機的動態力矩取決於電機執行時的平均電流(而非靜態電流),平均電流越大,電機輸出力矩越大,即電機的頻率特性越硬。如下圖所示:

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,儘可能提高驅動電壓,使採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域,二、四相感應子式步進電機的共振區一般在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,則共振區向上偏移,反之亦然,為使電機輸出電矩大,不失步和整個系統的噪音降低,一般工作點均應偏移共振區較多。

8、電機正反轉控制: 當電機繞組通電時序為ab-bc-cd-da或( )時為正轉,通電時序為da-ca-bc-ab或( )時為反轉。三、驅動控制系統組成使用、控制步進電機必須由環形脈衝,功率放大等組成的控制系統,其方框圖如下:

1、脈衝訊號的產生。

脈衝訊號一般由微控制器或cpu產生,一般脈衝訊號的佔空比為0.3-0.4左右,電機轉速越高,佔空比則越大。

2、訊號分配器(又名脈衝分配器)

感應子式步進電機以

二、四相電機為主,二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種,具體分配如下:二相四拍為 ,步距角為1.8度;二相八拍為 ,步距角為0.

9度。四相電機工作方式也有二種,四相四拍為ab-bc-cd-da-ab,步距角為1.8度;四相八拍為ab-b-bc-c-cd-d- ab,(步距角為0.

9度)。3、功率放大功率放大是驅動系統最為重要的部分。步進電機在一定轉速下的轉矩取決於它的動態平均電流而非靜態電流(而樣本上的電流均為靜態電流)。

平均電流越大電機力矩越大,要達到平均電流大這就需要驅動系統儘量克服電機的反電勢。因而不同的場合採取不同的的驅動方式,到目前為止,驅動方式一般有以下幾種:恆壓、恆壓串電阻、高低壓驅動、恆流、細分數等。

為儘量提高電機的動態效能,將訊號分配、功率放大組成步進電機的驅動電源。我廠生產的sh系列二相恆流斬波驅動電源與微控制器及電機接線圖如下:

說明:cp 接cpu脈衝訊號(負訊號,低電平有效)

opto 接cpu+5v

free 離線,與cpu地線相接,驅動電源不工作 dir 方向控制,與cpu地線相接,電機反轉

vcc 直流電源正端

gnd 直流電源負端

a 接電機引出線紅線 接電機引出線綠線

b 接電機引出線黃線 接電機引出線藍線

步進電機一經定型,其效能取決於電機的驅動電源。步進電機轉速越高,力距越大則要求電機的電流越大,驅動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下:

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