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步进电机的原理是什么?

   日期:2015-03-04     浏览:64    评论:0    
核心提示:步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机

步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
步进电机的主要特性:
1. 步进电机必须加驱动才可以运转,驱动型号必须为脉冲信号,没有脉冲的时候,步进电机静止,如果加入适当的脉冲信号,就会以一定的角度(称为步角)转动。转动的速度和脉冲的频率成正比。
2. 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。
3. 改变脉冲的顺序,可以方便的改变转动的方向。
现在比较常用的包括反应式(VR)、永磁式(PM)、混合式(HB)和单相式等。
永磁式一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度 或15度;
反应式一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。反应式的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。
混合式是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种的应用最为广泛,也是本次细分驱动方案所选用的。的一些基本参数:
电机固有步距角:它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°),这个步距角可以称之为“电机固有步距角”,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。
步进电机的相数:是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相。电机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则‘相数’将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。
保持转矩(HOLDING TORQUE):是指通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。它是最重要的参数之一,通常在低速时的力矩接近保持转矩。由于的输出力矩随速度的增大而不断衰减,输出功率也随速度的增大而变化,所以保持转矩就成为了衡量最重要的参数之一。比如,当人们说2N.m的,在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的。
高精度的定位:最大特征即是能够简单的做到高精度的定位控制。以5相为例:其定位基本单位(分辨率)为0.72°(全步级)/0.36°(半步级),是非常小的;停止定位精度误差皆在±3分(±0.05°)以内,且无累计误差,故可达到高精度的定位控制。(的定位精度是取决于电机本身的机械加工精度)位置及速度控制:在输入脉冲信号时,可以依输入的脉冲数做固定角度的回转进而得到灵活的角度控制(位置控制),并可得到与该脉冲信号周波数(频率)成比例的回转速度。
具定位保持力:在停止状态下(无脉波信号输入时),仍具有激磁保持力,故即使不依靠机械式的刹车,也能做到停止位置的保持。
动作灵敏:因为加速性能优越,所以可做到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。开回路控制、不必依赖传感器定位:的控制系统构成简单,不需要速度感应器(ENCODER、转速发电机)及位置传感器(SENSOR),就能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回路控制,故最适合于短距离、高频度、高精度之定位控制的场合下使用。
中低速时具备高转矩:在中低速时具有较大的转矩,故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输出。
高信赖性:使用装置与使用离合器、减速机及极限开关等其它装置相较,的故障及误动作少,所以在检查及保养时也较简单容易。
小型、高功率:体积小、扭力大,尽管于狭窄的空间内,仍可顺利做安装,并提供高转矩输出。

 
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