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    浏览:9 发布日期:2020-03-04 01:06:37

      步进电机结构及工作原理_机械/仪表_工程科技_专业资料。步进电机的分类和基本工作原理,工作方式

      3章 特种电机 13.7 步进电动机 步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制 电机,常作为数字控制系统中的执行元件。 13.7 步进电动机 步进电动机的种类 通常按励磁方式分为三大类: 1)反应式: 转子为软磁材料,无绕组,定、转子开小齿、步距角小。 2)永磁式: 转子为永磁材料,转子的极数=每相定子极数,不开小齿, 步距角较大,力矩较大 3)感应子式(混合式): 转子为永磁式、两段,开小齿,转矩大、动态性能好、步距 角小,但结构复杂,两相步进电机成本较高。 以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理 13.7 步进电动机 13.7.1 步进电动机结构 步进电机主要由两部分构成:定子和转子,它们均由磁性材料构成。 以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极 。 定子绕组 转子 定子 步进电动机结构简图 13.7 步进电动机 步进电机内部结构 13.7 步进电动机 A IA 转子 定子 IC IB B C 定子的六个磁极上有控制绕组,两个相对的磁极组 成一相。 注意:这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进 机通的是直流电脉冲,这主要是指线路的联接和组数的区别。 13.7 步进电动机 13.7.2 工作原理 三相步进电机的工作方式可分为:三相单三拍、两相步进电机 三相单双六拍、三相双三拍等。 一、三相单三拍 (1)三相绕组联接方式:Y 型 (2)三相绕组中的通电顺序为: A相?B相?C相 13.7 步进电动机 (3)工作过程 A B 1 C 42 C 3B A A相通电 A 相通电,A 方向的磁通经 转子形成闭合回路。若转子和 磁场轴线方向原有一定角度, 则在磁场的作用下,转子被磁 化,吸引转子,使转子的位置 力图使通电相磁路的磁阻小, 使转、定子的齿对齐停止转动。 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 13.7 步进电动机 A B C C B A B相通电 A B C C B A C相通电 13.7 步进电动机 这种工作方式,因三相绕组中每次只有一相通电, 而且,一个循环周期共包括三个脉冲,所以称三相 单三拍。 三相单三拍的特点: (1)每来一个电脉冲,转子转过 30?。此角称为 步距角,用?S表示。 (2)转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序, 改变通电顺序即可改变转向。 正转: A相?B相?C相 反转: A 相 ? C 相? B 相 13.7 步进电动机 二、三相单双六拍 三相绕组的通电顺序为: A?AB?B?BC?C?CA?A 共六拍。 工作过程: A B 1 C 42 C 3B A A相通电,转子1、3齿和A相对齐。 13.7 步进电动机 A、B相同时通电 A B C C B A (1)BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力,该拉力使 转子顺时针方向转动。 (2)AA 磁场继续对1、3齿有拉力。 所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电,转子转了15°。 13.7 步进电动机 B相通电,转子2、4齿和B相对齐,又转了15?。 A B C C B A 总之,每个循环周期,有六种通电状态,所以称 为三相六拍,步距角为15?。 13.7 步进电动机 三、三相双三拍 三相绕组的通电顺序为: AB ? BC ? CA ? AB 共三拍。  B A AB通电 BC通电 13.7 步进电动机 A B C C B A 工作方式为三相双三拍时, 每通入一个电脉冲,转子也是 转30?,即 ?S = 30?。 CA通电 以上三种工作方式,三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定,因此较常采用。 13.7 步进电动机 小步距角的步进电动机 实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度,步距角越小,机加工的精度越高。 为产生小步距角,定、转子都做成多齿的, 图中转子40个齿,定子仍是 6个磁极,但每个磁 极上也有五个齿。 13.7 步进电动机 转子的齿距等于360?/ 40=9 ? ,齿宽、齿槽各4.5 ?。 为使转、定子的齿对齐,定子磁极上的小齿, 齿宽和齿槽和转子相同。 13.7 步进电动机 工作原理:假设是单三拍通电工作方式。 (1)A 相通电时,定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时,B 相和 A 相空间差120?,含 120?/9? = 13 1 齿 3 A 相和 C 相差240?,含240?/ 9? = 26 2 个齿。 所以,A 相的转子、定子的五个小齿对齐时3,B 相、 C 相不能对齐,B相的转子、定子相差 1/3 个齿 (3?),C相的转子、定子相差2/3个齿(6?)。 13.7 步进电动机 (2)A 相断电、B 相通电后,转子只需转过1/3个 齿(3?),使 B 相转子、定子对齐。 同理,C 相通电再转3 ? …… 若工作方式改为三相六拍,则每通一个电脉冲, 转子只转 1.5? 。 步进电机的转动方向仍由相序决定。 13.7 步进电动机 步进电机的特点 1)步进电机工作时,每相绕组由专门的驱动电源通 过“环形分配器”按一定规律轮流通电。 步进电机轮流通电方式——分配方式 每一次循环所包含的通电状态数——拍数 状态数=相数——单拍制分配方式 (如:三相单三拍、四相双四拍) 状态数=相数的两倍——双拍制分配方式 (如:三相六拍、四相八拍) f 相? f N 通电脉冲频率 拍数 13.7 步进电动机 2) 步距角 步进机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距角。 ?S ? 360? ZrN N:一个周期的运行拍数 Zr:转子齿数 如:Zr=40 , N=3 时 ?S ? 360? 40 ? 3 ? 3? 1 单拍制 拍数:N=km m:相数 k= 2 双拍制 13.7 步进电动机 3) 转速 每输入一个脉冲,电机转过 ?S ? 360? ZrN 即转过整个圆周的1/(ZrN), 也就是1/(ZrN)转 因此每分钟转过的圆周数,即转速为 n ? 60 f ? 60 f ? 360? ? ?s f Zr N 360?Zr N 6? 4)步进电机具有自锁能力 (r / min) 当控制脉冲停止输入、而使后一个脉冲控制的绕 组继续通电时,电机可以保持在固定位置。 13.7 步进电动机 步进电动机驱动控制器的构成 1、对驱动电源的基本要求 1)驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都 满足步进电动机的需要; 2)要满足步进电动机的起动频率和运行频率的 要求; 3)能限度地抑制步进电动机的振荡; 4)工作可靠,抗干扰能力强; 5)成本低、效率高、安装和维护方便。 13.7 步进电动机 2、驱动控制器的组成 指令 脉冲发生器 脉冲分配器 电源 功率放大器 步进 电动机 步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲 分配器和脉冲放大器(也称功率放大器)三部分 组成。 13.7 步进电动机 脉冲发生器 脉冲发生器是一个脉冲频率在几赫到几十千赫内可连 续变化的脉冲信号发生器。常见的有多谐振荡器和 单结晶体管构成的张弛振荡器两种。 脉冲分配器 脉冲分配器根据指令把脉冲按一定的逻辑关系加到各 相绕组的功率放大器上,两相步进电机使电机按一定方式运行,实 现正、反转和定位。 传统电路:门电路+触发器组成 集成电路:如CH205(CMOS)三相六拍脉冲分配器 趋势:单片机控制步进电机 由单片机实现脉冲发生器+脉冲分配器的功能
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