一、前言
步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下,電機的轉速、
停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,而不受負載變化的影響,即給電機加一個脈沖信號,
電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在,加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特
點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。
雖然步進電機已被廣泛地應用,但步進電機并不能象普通的直流電機,交流電機在常規(guī)下使用。它
必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事,它
涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。
目前,生產步進電機的廠家的確不少,但具有專業(yè)技術人員,能夠自行開發(fā),研制的廠家卻非常少,
大部分的廠家只一、二十人,連最基本的設備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給用戶
在產品選型、使用中造成許多麻煩。簽于上述情況,我們決定以廣泛的感應子式步進電機為例。敘
述其基本工作原理。望能對廣大用戶在選型、使用、及整機改進時有所幫助。
二、感應子式步進電機工作原理
(一)反應式步進電機原理
由于反應式步進電機工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應式步進電機原理。
1、結構:
電機轉子均勻分布著很多小齒,定子齒有三個勵磁繞阻,其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。0、
1/3 て、2/3 て,(相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以て表示),即A 與齒1 相對齊,B 與齒2 向右錯
開1/3 て,C 與齒3 向右錯開2/3 て,A'與齒5 相對齊,(A'就是A,齒5 就是齒1)
2、旋轉:
如A 相通電,B,C 相不通電時,由于磁場作用,齒1 與A 對齊,(轉子不受任何力以下均同)。如B
相通電,A,C 相不通電時,齒2 應與B 對齊,此時轉子向右移過1/3 て,此時齒3 與C 偏移為1/3
て,齒4 與A 偏移(て-1/3 て)=2/3 て。如C 相通電,A,B 相不通電,齒3 應與C 對齊,此時轉
子又向右移過1/3 て,此時齒4 與A 偏移為1/3 て對齊。如A 相通電,B,C 相不通電,齒4 與A 對
齊,轉子又向右移過1/3 て這樣經過A、B、C、A 分別通電狀態(tài),齒4(即齒1 前一齒)移到A 相,
電機轉子向右轉過一個齒距,如果不斷地按A,B,C,A……通電,電機就每步(每脈沖)1/3 て,
向右旋轉。如按A,C,B,A……通電,電機就反轉。
由此可見:電機的位置和速度由導電次數(脈沖數)和頻率成一一對應關系。而方向由導電順序決
定。
不過,出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A 這種導電
狀態(tài),這樣將原來每步1/3 て改變?yōu)?/6 て。甚至于通過二相電流不同的組合,使其1/3 て變?yōu)?/12
て,1/24 て,這就是電機細分驅動的基本理論依據。
不難推出:電機定子上有m 相勵磁繞阻,其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1 。并
且導電按一定的相序電機就能正反轉被控制??這是步進電機旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們
理論上可以制造任何相的步進電機,出于成本等多方面考慮,市場上一般以二、三、四、五相為多。
3、力矩:
電機一旦通電,在定轉子間將產生磁場(磁通量Ф)當轉子與定子錯開一定角度產生力F 與(dФ/d
θ)成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br 為磁密,S 為導磁面積 F 與L*D*Br 成正比L 為鐵芯有效長度,
D 為轉子直徑 Br=N?I/R N?I 為勵磁繞阻安匝數(電流乘匝數)R 為磁阻。
力矩=力*半徑
力矩與電機有效體積*安匝數*磁密成正比(只考慮線性狀態(tài))因此,電機有效體積越大,勵磁安匝
數越大,定轉子間氣隙越小,電機力矩越大,反之亦然