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[产品] 步进电机转动的原因

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发表于 2018-11-12 13:37 |显示全部楼层

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步进电机又称脉冲电机,它是一种感应电机,涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。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。
想要知道步进电机转动的原理,首先要知道什么是步进电机,步进电机是一种讲电脉冲转化为角位移的执行机构,将其电脉冲信号转变为角位移或线位移,是现代数字程序控制系统中的主要执行元件,应用极其广泛。步进电机按相数分类,根据步进电机定子的的相数,步进电机分为单相步进电机,两相步进电机,三相步进电机,四相步进电机和五相步进电机。其中两相步进电机最为常用,也最便宜。
1、单相步进电机
单相步进电机实在一个线圈骨架上缠绕环形线圈,给它通以通以正负交变的电流就按股东方向走一步。由于转子磁路所通过的刺刀(磁阻的倒数,表示磁通流过的容易程度)变大为其转动方向,故单相步进电机只能按一个方向运动,为使转动方向确定,磁导采取了多种措施,例如使定子磁极宽于转子,定子与转子之前的工作气隙不均匀,转动向磁极小的方向。
2、两相步进电机
两相步进电机最简单的构成为Nr=1,一般两相电子定子磁极数为4的倍数,至少是4.转子为N极与S极各一个的两极转子。
定子一般用硅钢片叠压制作,定子磁极数为4极,相当于一相绕组占两个极,A相两个极在空间相差180°,B相两个极在空间也相差180°。电流在一相绕组内政府流动(此种驱动方式成为双极型驱动),A相与B相电流的相位相差90°,两相绕组中矩形波电流交替流过。
3、三相步进电机
转子不采用永久磁铁的步进电机(VR型或反应式或变磁阻式)很早就在三相步进电机上得到应用。1986年日本伺服电机公司开发了转子为永久磁铁、定子磁极带有齿的步进电机,定转子齿距的配合,可以得到更高的叫分辨率和转矩。三相步进电机定子线圈的主机数为三的倍数,故单相步进电机的定子主极数为3/6/9/12等。
4、四相步进电机
例如Nr=50,θs=0.9°的步进电机,按式θs=180°/PNr计算,则P=4,即为四相步进电机。这里需要注意的是上文两相步进电机中图所述的的两相单极线圈虽然有四个线圈,但不是四相电机。
四相步进电机因其为偶数相,驱动电路的功率管要用16个,定子的主极个数也为16个,均为两相步进电机的两倍,所以造成其驱动器结构复杂,成本高,因此只有特殊用途才使用。
5、五相步进电机
现在市面上销售的步进电机中,相数最多的电机为五相。定子主极数为10个,同一相绕组分别绕在相差180°的2个主极上,同时通电产生磁场。各相绕组之间首尾相连,从五个接点引出电源线。 通常为5个绕组同时通电,形成一条支路是1个绕组,另一条支路为4个绕组串联的并联通电模式;顺次切换1个绕组通电支路的相,就能使转子一步步旋转。所得步距角如下所述。
依据式θs=180°/PNr,Nr=50时,对两相、三相、四相、五相电机而言,P=2、P=3、P=4、P=5代入式中,得到步距角为:两相为1.8°,三相为1.2°,四相为0.9°,五相为0.72°。五相步进电机的分辨率是最高的,而且定位转矩小。定子结构及其驱动电路比四相步进电机要简单,但比两相和三相步进电机要复杂,成本也高。

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