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步进电机基本原理

 

      电机将电能转换成机械能,步进电机将电脉冲转换成特定的旋转运动。每个脉冲所产生的运动是精确的,并可重复,这就是为什么步进电机在定位应用中如此有效的原因。


      永磁步进电机包括一个永磁转子、线圈绕组和导磁定子。给线圈绕组通电将产生一个电子磁。?治?奔?湍霞,见图1所示。定子产生产磁场使转子转动到与定子磁场对直。通过改变定子线圈的通电顺序可使电机转子产生连续的旋转运动。   

 

半步步进


        电机也可以转换相位之间插入一个关闭状态而走“半步”。这将步进电机的整个步距角一分为二。例如,一个90°的步进电机将每半步移动45°。但是,与“两相通电”相比,半步进通常导致15%-30%的力矩损失(取决于步进速率)。在每交换半步的过程中,由于其中一个绕组没有通电,所以作用在转子上的电磁力要。?斐闪肆?氐木凰鹗。

 

双极性绕组


    二相通电步进顺利利用了一种“双极性线圈绕组”的方法,每极只有一个绕组,通过改变绕组中的电流方向,从而改变相应极上的电磁极性,典型的两相双极驱动的输出步骤在电器原理图和下面图5中的步进顺序中有进一步阐述。


单极性绕组


    另一常用绕组是单极性绕组,每个电极上饶有两个绕组,当一个绕组通电时,产生被磁。?硪桓鋈谱橥ǖ缭虿??洗懦。?蛭?忧??鞯较呷Φ牡缌鞑换岱聪,所以可称为单极性绕组。该方法下电机的步进顺序见图6所示。通过这种设计使得电子驱动器简单化,但是与双极性绕组相比,其力矩大约小30%,因为磁线圈仅被利用了一半。 


其它步距角


    为了获得更小的步距角,叫要求定子和转子有更多的磁极,要求定子和转子上有相同对数的磁极,一个步距角为7.5度的电机有12对磁极,每个磁极板上有12个齿,每个绕组有两个磁极板,每个电机有两个绕组,因此有一个步距角为7.5度的步进电机有48个磁极,图7是一个剖面图举例说明一个7.5度的步进电机的4个磁极板,成倍的步进也可以提供较大的运动。例如,一个7.5度的步进电机6个步进量可以产生45度的运动。

 

精度


    永磁式步进电机精确度达6-7%每步,且不累积。一个7.5度的步进电机每步的误差会少于0.5度,而且不管走了多少步,这个误差是不会累积的。

 

共振


    由于电机是一个弹性体系统,所以步进电机有一个固有的谐振频率,当步进速率等于电机的固有频率时将发生共振,电机可能会产生听的见的噪音变化,同时振动增加,共振点将随应用场合和负载而变化,但共振点通常出现在70-200步/秒左右,在严重的情况下,电机在振荡点附近可能会失步,改变步进速率是避免系统中与共振有关的许多问题的最简单的方式。另外,半步或细分驱动通常可以减少共振问题,当加减速时,要尽可能快地越过共振区。


力矩


一个特定的旋转步进电机所产生的力矩是下述参数的函数

? 步进速度

? 通过绕组的电流大小

? 所使用的驱动器的类型

(直线电机所产生的力也取决于这些因素)

 

直线步进电机


    步进电机的旋转运动可以通过很多种机械方法转化成直线运动,这包括齿轮,齿条机构,皮带,皮带轮及其他机械机构,这些选择都需要外部机械零件,最有效的方法是将这些转化在电机内部完成,直线步进电机最早在1968年出现,图9是集中最典型的直线步进电机。


    在直线步进电机内部通过一个内螺纹螺母和导螺杆完成了旋转运动向直线运动的转化,转子的内部被加工成内螺纹,导螺杆代替了轴,为了实现直线运动,导螺杆的旋转运动必须被限制,转子旋转时,内螺纹驱动导螺杆做直线运动,改变转子的旋转方向可以改变直线运动方向。


 

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