步进电机先容

2020-03-23 20:04栏目:公司简介

  步进电机先容_电子/电道_工程科技_专业原料。步进电机 4.步进电机 ? 4.1 简介 步进电动机是一种用电脉冲信号举办掌管□□□□□,并将电脉冲 信号转换成相应的角位移或线位移的掌管电机。 闭键好处□□□□□:步距角和转速不受电压动摇和负载变革的影响□□□, 仅与

  步进电机 4.步进电机 ? 4.1 简介 步进电动机是一种用电脉冲信号举办掌管□□□,并将电脉冲 信号转换成相应的角位移或线位移的掌管电机。 闭键好处□□□□:步距角和转速不受电压动摇和负载变革的影响□□□, 仅与脉冲频率相闭。步进电机它每转一周都有固定的步数□□□,正在不丢步 的环境下运转□□□□,其步距偏差不会永远积聚□□□□□,从而使它适合于 正在数字掌管的开环编制中动作驱动电动机□□□□□,也可用作闭环系 统的驱动元件。 闭键舛讹□□□□:功效较低□□□□,需配妥贴的驱动电源□□□,带惯性负载 的才具不强。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 品种□□□□: 磁阻式(响应式) 励 磁 方 式 永磁式 搀和式 运 行 方 式 回旋型 直线型 平面型 编制组成□□□□□: 脉冲信 号输入 脉冲分拨器 脉冲放大器 步进 电机 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ? 4.2 响应式步进电动机的布局与职责道理 一、响应式步进电动机的布局 1. 单段式 2. 众段式 a)径向磁道 b)轴向磁道 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 径向磁道 1—线—线—引出线 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 二、职责道理 三相响应式步进电动机有三种运转办法□□□□□: (1) 三相单三拍运转; (2) 三相双三拍运转; (3) 三相单、双六拍运转 “三相” —指步进电机的相数; “单” —指每次只给一相绕组通电;“双”则是每次 同时给二相绕组通电; “三拍”—指通电三次实行一个轮回 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 1. 三相单三拍运转办法 A C 2 1 4 3 A B C 1 B 4 B C B 2 3 C A A A相导通 B相导通 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 A C B A 4 C 1 4 B 3 1 A C相导通 A相导通 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 2 B 3 C B 2 C A 4.步进电机 按A-B-C-A的按次通电□□□□□,电机转子正在磁阻转矩效用下沿 ABC偏向转动□□□□□,电机的转速直接取决于掌管绕组的换接频率。 定子掌管绕组每更动一次通电办法□□□□,步进电机称为一拍□□□,此时电 机转子所转过的空间角度称为步距角。 齿距角□□□□: 360? qt ? ? 90? Zr 步距角□□□□□: 90? qs ? ? 3 3 qt 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 2. 三相双三拍运转办法 按AB-BC-CA-AB或相反的按次通电□□□□,每次同时给两 相绕组通电□□□,且三次换接为一个轮回。步距角与三相单三 拍运转办法的步距角不异。 AB相导通 BC相导通 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 3. 三相单、双六拍运转办法 按A-AB-B-BC-C-CA或相反按次通电□□□□,即须要六拍才实行一 个轮回□□□□□,以是步距角为□□□□□: q ? qt ? 90? ? 15? s 6 6 A B 4 3 A C 2 1 C 1 B 4 B C B 2 3 C A A A相导通 AB相导通 B相导通 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 看待其它相数的步进电动机□□□□□,同样能够有众种运转方 式□□□□,比如四相步进电动机有□□□:四相单四拍□□□,四相双四拍□□□□, 四相单双八拍等运转办法。 寻常而言□□□□,无论几相电机以及采用何种运转办法□□□□□,步 距角与转子齿数Zr和拍数N之间有如下干系□□□□: 360? qs ? Zr N (刻板角度) N ? mC 此处□□□□,m为掌管绕组相数□□□,C为形态系数□□□,单三、双三拍时□□□□□, C=1;单双六拍时C=2。 假使接二连三地输入脉冲□□□□,则电机转子就络续回旋□□□□, 1 其转速与脉冲频率相闭。每输入一个脉冲□□□,转子转过□□□□□: Zr N 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 每秒钟输入f 脉冲□□□,则转过 f/ZrN 转□□□□,故电机转速为□□□□□: 60 f n? rpm Zr N 4. 小步距角磁阻式步进电机 转子上有平均分散的40个齿. 360? qt ? ? 9? 40 360? 360? qs ? ? ? 3? Z r N 40 ? 3 ? 1 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 小步距角步进电动机中的转子齿数□□□,必需满意必然的要 求□□□□,才具保障电机发生步进运动。 当A相极面下的定、转子齿对齐时□□□,B和C极面下的齿就分裂 和转子齿相错三分之一的转子齿□□□□,即3度。 1? 转子齿数应吻合□□□: Z r ? 2mp ? ? K ? ? ? 2mpK ? 2 p m? ? 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 4.3 响应式步进电动机运转性情 一、静态性情 静态运转是指通电形态褂讪□□□□,电机处于稳固状 态时的性情。 静转矩 静性情 矩角性情 静态稳固区 须要理解的几个名称□□□: (1)初始稳固平均位子□□□:指步进电动机正在空载环境下□□□□□,掌管 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 绕组中通以直流电流时□□□□,转子的结果稳固位子; (2)失调角q□□□□□:指步进电动机转子偏离初始平均位子的电角度。 正在响应式步进电动机中□□□□,转子一个齿距所对应的度数为2p电 弧度或360o电角度; (3)矩角性情□□□:正在不更动通电形态(即掌管绕组电流褂讪)时□□□□□, 步进电动机的静转矩与转子失调角的干系□□□,即T?f(q) 定子 转子 q=0, T=0; q0, T0 ; q0, T0; q=p, T=0 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 当只要一相绕组通电时□□□□□,贮存正在电机气 隙中的磁场能量为 1 Wm ? LI 2 2 dWm T? d? q ? Zr ? 磁导变革弧线 ? ? (? d ? ? q ) ? (? d ? ? q )cos q 2 2 W? L? ? W 2? I dWm 1 2 dL 1 Zr 2 d? 2 T? ? I ? (WI ) ? ? (WI ) ?d ? ?q sin ( Zr ? ) d? 2 d? 2 d? 4 ( ) 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ? ?Tmax sin ( Zr ? ) ? ?Tmax sin q Z r (WI ) (? d ? ? q ) ? 4 2 Tmax 步进电动机的矩角性情 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 (4)静态稳态区□□□:正在空载时□□□□□,稳固平均位 置对应于q=0处□□□□□,而q=180度则为不 稳固平均位子。正在静态环境下□□□,如受 外力矩的效用使转子偏离稳固平均位 置□□□□□,但没有超过相邻的不稳固平均点□□□, 则当外力矩除去自此□□□□,电动机转子正在 静态转矩效用下仍能回到正本的稳固 平均点□□□□,于是二个不稳固平均点之间 的区域组成静态稳固区。 (5)最大静转矩□□□□□:Tmax=f(I) Tmax ? K Z r (WI ) 2 (? d ? ? q ) 4 最大静转矩性情 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 (6) 矩角性情族 A T B C A OA OB OC 2p qse ? 3 q 三拍时的矩角性情族 六拍时的矩角性情族 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 二、动态性情 1. 单脉冲运转 T C -p a o0 o1 p b qse qr 静态稳固区 q 当加上一个掌管脉冲信 号□□□,矩角性情将变动到 矩角性情族中的下一条 矩角性情弧线□□□□□,转子将 转到新的稳固平均位子 o1。正在更动通电形态时□□□□, 只要当转子肇始位子位 于ab之间才具使它向o1 点运动。步进电机以是称区间ab 为电动机空载时的动态 稳固区。 动态稳固区 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 动态稳固区□□□□:(-p+qse)q(p+qse) a点与o0点之间的夹角qr称为稳固裕度(或裕量角)。裕量角越 大□□□□,电动机运转越稳固。 2p p q r ? p ? q se ? p ? ? Zr ? (mC ? 2) mZ r C mC 由上式可睹□□□□,C=1时□□□□□,响应式步进电动机的相数起码为3。步进电机 电动机的相数越众□□□□,步距角越小□□□□,相应的稳固裕度越大□□□□□, 运转的稳固性也越好。 最大负载转矩(又称起动转矩)□□□□: 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 T o0 Tst TL1 -p o0 o0 o1 o1 -p T o1 TL2 Tst p q o0 o1 p q TL1Tst TL2Tst 因新的矩角性情弧线上对应点的电磁 转矩大于负载转矩□□□,使转子加快并向 q增大的偏向运动□□□□□,最终来到新的稳 定平均点o’1. 新矩角性情上对应点的转矩小于 负载转矩□□□,转子不行来到新的稳 定平均点o”1□□□□,而是向q减小的方 向运动□□□□□,以是不行作步进运动。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 由此可知□□□□□,步进电动性能带的最大负载转矩要比最大静转矩 Tmax小。只要当负载转矩小于起动转矩(最大负载转矩)Tst□□□,才 能保障电动机举办寻常的步进运动。 若矩角性情为幅值相称的正弦波时□□□□□,可得□□□: p ? q se q p ? Tmax cos se ? Tmax cos 2 2 mC 当C=1时□□□,m 最小为3;m越大□□□□□,起动转矩越大;C越大□□□□□,起 动转矩越大。 Tst ? Tmax sin 转子振荡流程□□□□□: 以上分解时以为□□□□□,切换掌管绕组时□□□,转子贫乏地趋势新的平 衡位子□□□□,但本质上要原委一个衰减的振荡流程。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 为减小振荡幅度和时代□□□□□,可 减少阻尼□□□□□: ?刻板阻尼□□□□□:减少电机转子的 干摩擦阻力或减少粘性阻力。 舛讹□□□□:增大了惯性□□□,迅疾性 能变坏□□□,体积增大。 ?电气阻尼□□□:众相激磁阻尼、 延迟断开阻尼。好处□□□□:措施 简易□□□□□,成果好。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 当负载转矩为零□□□,且不计阻尼效用时□□□,用外力使转子偏离稳 定平均位子一个小角度□□□,然后开释□□□,则转子将正在电磁转矩作 用下向稳固位子运动□□□□□,酿成一个自正在振荡□□□□□,其运动方程为□□□□□: d? J ?T dt d 2q J 2 ? ?Tmax sin qe dt qe ? Z r q J d 2 qe ? sin qe ? 0 sin qe ? qe 2 Z rTmax dt J d 2 qe ? qe ? 0 2 Z rTmax dt 解为□□□: qe ? qe 0 cos ?0t Z rTmax ?0 ? J 1 Z rTmax f0 ? 2p J 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 2. 络续脉冲运转 ? 极低频--络续步进运转 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ?脉冲频率很低时的低频共振 频率介于极低频与高频 之间□□□□,此时脉冲间隔较长□□□□,电 动机起动和运转寻常不会有问 题。不过□□□,假使等于或亲密于 步进电动机的振荡频率时□□□,电 动机就会浮现低频共振。 A相通电□□□,OA—d—OB—e— OB—d□□□□,此时第二个脉冲到来□□□□□, 通电绕组由B相换为C相□□□,工 作点由d移到f□□□□,因为转矩为负□□□□, 转子返向转动向O’C转移。 低频共振局面 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ?脉冲频率很高时的络续运转 当掌管脉冲的频率很高时□□□□□, 脉冲间隔的时代很短□□□□□,电机转 子尚未来到第一次振荡的幅值□□□□, 乃至还没有来到新的稳固平均 位子□□□,下一个脉冲就到来。此 时电机的运转已由步进酿成了 络续滑腻的转动□□□□□,转速也较量 稳固。 当频率太高时□□□□,也会发生 失步□□□□□,乃至还会发生高频振荡。 络续运转形态 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ?起动频率和起动性情 fst 是指必然负载转矩下可以不失步地起动的脉冲最高频率□□□, 它的巨细与电动机自身参数、负载转矩及转动惯量的巨细□□□□□, 以及电源要求等成分相闭。它是步进电动机的一项首要本事 目标。 fst=f(TL) fst=f(J) 起动矩频性情 起动惯频性情 ?络续运转频率与运转矩频性情 步进电动机带必然负载寻常起动后□□□,络续徐徐地升高脉 冲频率□□□,直到不丢步运转的最高频率□□□,称为运转频率。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 f f 络续运转 起动 0 TL 0 J 矩频性情 起动惯频性情 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 那么□□□,为什么频率升高后电机的转矩会降落呢□□□? 由于□□□□□,掌管绕组呈电感性□□□,它具有延缓电流变革的 效用。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ?4.4 其他型式步进电机 1. 永磁式步进电动机 ? 定子为两相(或众相)绕组; ? 转子为星形永远磁钢; ? 转子极数应与定子每相极 数不异。 极对数p=2 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 二相单四拍□□□□:定子绕组按A—B—(-A)—(-B)—A的次 序通电□□□□,转子将顺时针偏向转过45?。步距角为□□□: 360? qs ? pN 2p 2p p q se ? ? ? N 2m m 二相双四拍□□□□:定子绕组按AB—B(-A)—(-A)(-B)—(B)A—AB的规律通电□□□,转子将顺时针偏向转过45?。 永磁式步进电动机的特性是□□□□:步距角大□□□□□,启动和运转 频率低□□□□□,需正负脉冲供电 ;但所需掌管功率小□□□□□,功效 高。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 2. 搀和式步进电动机(永磁觉得子式) A B 定子铁芯 定子绕组 1 8 S 1? 8? 2 转子 S N N 2? N 7 3 S 7? 永磁体 3? 6 5 4 永磁磁通 6? 5? 4? A A? A? B? B B? 定子布局与响应式步进电动机不异。 转子由环形磁钢和两段铁芯构成□□□,环形磁钢正在转子中部□□□,轴 向充磁□□□□□,两段铁芯分裂装正在磁钢的两头。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ? 气隙上有两个磁动势□□□□□:一个永磁磁动势□□□,一个是 掌管绕组通电发生的磁动势。它们有时相加□□□,有 时相减。步进电机故称为搀和式。 运转道理 (1) 定子A相绕组通电时□□□□,正在电磁转矩效用下转子 处于稳固平均位子□□□□,如下图(a)所示。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 (2)若使转子偏离稳固平均位子□□□,如下图(b)所示□□□□□,转子向右 偏离了一个角度□□□,正在分歧端、分歧极的转矩效用偏向是相 同的□□□,都是使转子回到稳固平均位子的偏向。 定子 (S) 3 (S) (S) (N) 5 (S ) 3? (N) 5 转子 (S ) (N) (N) (N) (a) 定子 (S) 3 (N) (S) 5 (S ) 3? (N) 5? (N) T 转子 (S) T (S ) T T (N) (N) (b) 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ? 4.5 步进电动机的驱动电源 一、对驱动电源的根基请求 1. 驱动电源的相数、通电办法和电压、电流都要 满意步进电动机的请求; 2. 要满意步进电动机起动频率和络续运转频率的 请求; 3. 能最大限定地抑低步进电动机的振荡; 4. 职责牢靠□□□,抗骚扰才具强; 5. 本钱低、功效高□□□□,装置维持容易。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 二、驱动电源构成 变频 信号源 脉冲 分拨器 功率 放大器 步进 电动机 指令 负载 1. 变频信号源□□□□□:是一个脉冲频率由几赫到几十千赫可络续 变革的信号产生器□□□□□,能够是策画机或振荡器。 2. 脉冲分拨器□□□□□:一种逻辑电道□□□□,由双稳态触发器和门电道 构成□□□□□,它或者将输入的电脉冲信号依照须要轮回地分拨 到脉冲放大器举办功率放大□□□□,并使步进电动机按选定的 运转办法职责。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 三相单三拍脉冲分拨器 Q1 Q2 A U0 预置 J1 Q1 CP K1 Q1 J 2 Q2 CP K 2 Q2 Q1 Q2 Q2 B C JK触发器线 0 1 1 0 1 0 Q(t) Q (t) 置“0” 褂讪 求补 B C 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 C B A Q RS3 Q R Q RS2 Q Q Q S S R S RS1 R 6 5 4 3 2 1 三相单、双六拍单转向脉冲分拨器 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 3. 功率驱动电道 ? ? 单极性驱动(响应式步进电动机) 简单电压型功率放大电道 好处□□□:线道简易□□□□,功率元件少□□□□,本钱 低。 舛讹□□□□:Rf1上要花费能量□□□□□,职责功效低。 只实用于小功率步进电动机。假使电 容C采选不妥□□□□,正在低频段会使振荡有 所减少□□□□□,使低频本能变差。 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ? 高、低电压切换型功率放大电道 好处□□□□: ?电源功耗较量小□□□□□,功效较量高。 ?矩频性情好□□□,启动和运转频率 取得了很大的普及。 闭键舛讹□□□: ? 低频运转时输入能量过大□□□□,制 成电机低频振荡加重; ? 增大了电源的容量□□□, ? 对功率管本能参数的请求高。 常用于大功率步进电动机的驱动 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ? 电流斩波驱动放大电道 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ? 调频调压驱动办法 (a)低频; (b)高频 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ? 细分驱动放大电道 电流的每个阶梯□□□,电机 转动一步□□□□,步距角减小 了许众。 细分电流波形 先放大后合成 先合成后放大 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ? 双极性驱动(永磁式和搀和式步进电动机) 正负电源供电 简单电源供电 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 因为双极性驱动电道较为杂乱□□□□,过去仅用于大功率步进电 动机机。但近年来浮现了集成化的双极性驱动芯片□□□,使它能 容易运用于对功效和体积请求较高的产物中。 如□□□:L298双H桥驱动器 由专用芯片组成 的双极性恒流斩 波驱动电道 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 ?4.6 步进电动机掌管与运用 一、步进电动机的掌管 开环掌管 闭环掌管 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材 4.步进电机 二、 步进电动机的运用 用于数字步伐掌管编制 数控铣床职责道理示希图 遍及上等教化“十一五”邦度级筹划教材

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