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步進電機的工作原理

時間:2021-12-06 來源:番茄视频app下载

       步進電機是一種將電脈衝信號轉換成相應角位移或線位移的電動機。每輸入一個脈衝信號,轉子就轉動一個角度或前進一步,其輸出的角位移或線位移與輸入的脈衝數成正比,轉速與脈衝頻率成正比。因此,步進電動機又稱脈衝電動機。由於步進電機能夠逐步移動,因此它們在工業自動化和機器人技術中得到了應用。這些電機用於 IC 製造單元。這些電機在 CNC(計算機數字控製)機器和 xy 繪圖儀的設計中起著不可或缺的作用。

步進電機

       步進電機相對於其它控製用途電機的最大區別是,它接收數字控製信號(電脈衝信號)並轉化成與之相對應的角位移或直線位移,它本身就是一個完成數字模式轉化的執行元件。而且它可開環位置控製,輸入一個脈衝信號就得到一個規定的位置增量,這樣的所謂增量位置控製係統與傳統的直流控製係統相比,其成本明顯減低,幾乎不必進行係統調整。步進電機的角位移量與輸入的脈衝個數嚴格成正比,而且在時間上與脈衝同步。因而隻要控製脈衝的數量、頻率和電機繞組的相序,即可獲得所需的轉角、速度和方向。  
我國的步進電機在二十世紀七十年代初開始起步,七十年代中期至八十年代中期為成品發展階段,新品種和高性能電機不斷開發,目前,隨著科學技術的發展,特別是永磁材料、半導體技術、計算機技術的發展,使步進電機在眾多領域得到了廣泛應用。 

  步進電機工作原理

  步進電機是直流電機具有場配置在該轉子中永磁鐵的形式,兩個,三個或四個線圈組,稱為階段,放置在轉子周圍的定子。繞組連接到外部邏輯驅動器,該驅動器按順序向繞組提供電壓脈衝。電機響應這些脈衝並在指令下執行啟動、停止和反向操作。

  轉子和定子都有確定的齒數以適應設計的步距角。步距角定義為轉子響應每個脈衝的角位移。轉子位置取決於步距角和脈衝數。旋轉速度取決於脈衝速率(而不是電源電壓)被精確控製;從而使步進電機成為涉及精確定位的操作的理想驅動器。與控製和伺服電機不同,不需要反饋控製繞組來閉合回路並監控轉子的位置和速度。

  步進電機係統必須以允許電機克服驅動係統慣性的速率加速和減速。因此,轉子的直徑較小,長度較長。如果步進電機動態過載,它會滑相。這些電機適合負載在電機容量範圍內的應用。

  步進電機的基本分類

  根據結構類型,步進電機可分為可變磁阻 (VR) 步進電機、永磁 (PM) 步進電機和混合式步進電機三種類型。

  可變磁阻 (VR) 步進電機,可變磁阻步進電機是轉子由鐵磁物質製成的電機。因此,當定子被激勵時,它會變成一個電磁體,轉子會感覺到朝指定方向的拉力。鐵磁物質總是試圖在最小磁阻路徑中調整自己。通過激勵線圈,產生磁場並改變氣隙磁阻。因此它被稱為可變磁阻步進電機。在這種電機中,電機的方向與繞組中電流的方向無關。

  永磁 (PM) 步進電機,這裏轉子被永久磁化。因此,電機的運動是由於定子和轉子磁極之間的吸引力和排斥力。在這種電機中,電機的方向直接取決於繞組中電流的方向,因為磁極反轉,從而改變流過轉子的電流方向。

  混合式步進電機,顧名思義,混合式步進電機是一種旨在通過結合永磁步進電機和可變磁阻步進電機的優點來提供更高效率的電機。VR 和 PM 步進電機是較常見的步進電機類型。唯一的區別是,在可變磁阻步進電機中,轉子由鐵磁物質製成,而在永磁步進電機的情況下,轉子是永久磁化的。


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