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2023-07-18
很多朋友对步进电机的工作原理是什么,步进电机的工作原理不是很了解,每日小编刚好整理了这方面的知识,今天就来带大家一探究竟。
一、什么是步进电机?步进电机是一种开环控制电机,将电脉冲信号转换成角位移或线位移,也称为脉冲电机。在无过载情况下,电机的转速和停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时,可以驱动步进电机按设定的方向旋转一个固定的角度,这个角度称为“步距角”。
步进电机的旋转以固定的角度步进运行。可以通过控制脉冲的个数来控制角位移,从而达到精确定位的目的。同时可以通过控制脉冲频率来控制电机旋转的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机大多用于数字计算机的外部设备,以及打印机、绘图仪和磁盘。二、步进电机的特点:
步进电机的位置和速度信号不反馈给控制系统。如果步进电机的位置和速度信号反馈到控制系统,则属于伺服电机。与伺服电机相比,步进电机的控制相对简单,但不适合精度要求高的场合。
步进电机的优缺点非常突出。优点集中在控制简单,精度高,缺点是噪音,振动,效率。无累积误差,结构简单,使用维护方便,制造成本低。步进电机驱动负载惯性的能力很大,适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方。其缺点是效率低,发热量大,有时还会“失步”。优缺点如下。优点:1。向电机输入脉冲信号,易于控制电机运行;
2.不需要反馈电路返回转轴的位置和速度信息(开环控制);3.因为没有接触电刷,所以实现了更高的可靠性。缺点:1。需要脉冲信号输出电路;2.当控制不当时,同步可能会丢失;3.产生热量是因为转轴停止后仍有电流。三、步进电机的分类:
在相同电流和相同转矩输出的情况下,单极步进电机的线圈数是双极步进电机的两倍,成本更高,控制电路结构也不同。目前市场上流行的大多是双极步进电机。步进电机通常根据转子特性和定子绕组结构进行分类。下面将详细介绍这两种分类。按转子分类,主要有三种:反应式(VR型)、永磁式(PM型)和混合型(HB型)。等式
定子上有绕组,由软磁材料制成。其结构简单,成本低,步距角小,可达1.2度,但动力性能差,效率低,发热量大,可靠性难以保证。永磁步进电机的转子由永磁材料制成,转子的极数与定子相同。其特点是动态性能好,输出转矩大,但这种电机度数差,步距角大(一般为7.5度或15度)。混合
混合式步进电机结合了电抗式和永磁式的优点。它的定子有许多相绕组,转子由永磁体制成,转子和定子都有许多小齿以提高步距精度。其特点是输出转矩大,动态性能好,步距角小,但结构复杂,成本相对较高。
步进电机按定子上的绕组分类,有两相、三相、五相系列。目前,最流行的步进电机是两相混合式步进电机,其市场份额占百分之九十七以上。原因是其性价比高,配细分驱动后效果好。
这种电机的基本步距角是1.8度/步,用半步驱动器把步距角减小到0.9度,用细分驱动器。其步距角最多可细分256次(0.007度/微步)。由于摩擦力和制造精度的原因,实际控制精度略低。同一个步进电机可以配备不同的细分驱动器来改变精度效果。四、步进电机工作原理:
步进电机由脉冲信号控制,每输入一个脉冲信号,步进电机向前运动。步进电机旋转的步距角是在电机结构的基础上通过比例控制产生的。如果控制电路的细分控制不变,步进旋转的步距角理论上是一个固定的角度。在实际工作中,电机旋转的步距角会有细微的差异,主要是电机结构的固定存在误差,这种误差不会累积。
步进电机的总极数越大,对加工精度的要求就越高。通常工业混合式步进电机的步距角是1.8度,也就是200极。步进电机的相电流和磁场遵循安培右手螺旋定律,磁场能量由电能产生。通过控制电机的相电流,可以反转电机定子磁极的方向,使两相磁场的变化相匹配,从而产生电机的旋转。
如果电流的方向改变,磁极的方向也会改变。步进电机的电流流过定子产生磁场的过程称为励磁。
所谓两相步进电机,电机转子的旋转,包含了不同极的磁场的相斥和相吸。如上图所示,A相产生N极磁场吸引转子的S极,B相产生S极磁场吸引转子的N极,使定子产生旋转动力。如果A相和B相定子线圈的电流方向改变,电机将在另一个步骤中旋转。连续改变A相和B相定子线圈的电流方向将使电机连续旋转。
如上图所示,电机的运动是通过改变电机中的电流来实现的。电子转子用B相磁极排斥定子,用A相磁极吸引定子,产生另一个阶梯运行。再进行一步操作,电机定子磁极反转,转子用B相磁极排斥定子,用A相磁极吸引定子,如上图所示。
如上图所示,每当定子线圈中的电流方向改变时,磁极就会反转,转子就会重复步进操作。东芝步进电机驱动控制电路通过脉宽调制控制电机的磁场励磁,可以实现电机的高效稳定运行。回顾唐子红
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