步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差(精度为 )的特点,广泛应用于各种开环控制。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。
电机内部线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距 角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。
完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,
对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度(转子齿数J运行拍数),以常规二、四相,转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/(504)=1.8度(俗称整步),八拍运行时步距角为θ=360度/(50*8)=0.9度(俗称半步)。
这两个概念清楚后,我们再来计算转速,以基本步权距角1.8°的步进电机为例(现在市场上常规的二、四相混合式步进电机基本步距角都是1.8°),四相八拍运行方式下,每接收一个脉冲信号,转过0.9°,如果每秒钟接收个脉冲,那么转速为每秒X0.9°=360°,相当与每秒钟转一圈,每分钟60转。
步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术,其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。细分后电机运行时的实际步距角是基本步距角的几分之一。
(两相步进电机的基本步距角是1.8°,即一个脉冲走1.8°,如果没有细分,则是200个脉冲走一圈360°,如果是10细分,则发一个脉冲电机走0.18°,即2000个脉冲走一圈360°,电机的精度能否达到或接近0.18°,还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。)
注意:细分是通过驱动器靠控制电机的相电流所产生的,与电机无关!!!在电机实际使用时,如果对转速要求较高,且对精度和平稳性要求不高的场合,不必选高细分。在实际使用时,如果转速很低情况下,应该选大细分,确保平滑,减少振动和噪音。
通过上图可知,A,~A是联通的,B和~B是联通。那么,A和~A是一组a,B和~B是一组b。
不管是两相四相,四相五线,四相六线步进电机。内部构造都是如此。至于究竟是四线,五线,还是六线。就要看A和~A之间,B和B~之间有没有公共端com抽线。如果a组和b组各自有一个com端,则该步进电机六线,如果a和b组的公共端连在一起,则是5线的。
四线:由于四线没有com公共抽线,所以,a和b组是绝缘的,不连通的。所以,用万用表测,不连通的是一组。
五线:由于五线中,a和b组的公共端是连接在一起的。用万用表测,当发现有一根线和其他几根线的电阻是相当的,那么,这根线就是公共com端。对于驱动五线步进电机,公共com端不连接也是可以驱动步进电机的。
六线:a和b组的公共抽线com端是不连通的。同样,用万用表测电阻,发现其中一根线和其他两根线阻止是一样的,那么这根线根线就属于一组。对于驱动四相六线步进电机,两根公共com端不接先也可以驱动该步进电机的。
拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,以四相电机为例,有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角:对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度(转子齿数J*运行拍数),以常规二、四相,转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/(50*4)=1.8度(俗称整步),八拍运行时步距角为θ=360度/(50*8)=0.9度(俗称半步)。
定位转矩:电机在不通电状态下,电机转子自身的锁定力矩(由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的)
静转矩:电机在额定静态电作用下,电机不作旋转运动时,电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积(几何尺寸)的标准,与驱动电压及驱动电源等无关。
驱动步进电机,无非是给电机a和b组先轮流给连续的脉冲,步进电机就可以驱动了。
八个状态:1、在A与A-正电压,B与B-不给电悬空;2、在A与A-正电压,B与B-也给正电压;3、A与A-不给电压悬空,B与B-正电压;4、A与A-给负电压,B与B-给正电压;5、A与A-给负电压,B与B-不给悬空;6、A与A-给负电压,B与B-给负电压;7、A与A-不
自己的一点体会:偶觉得两相4线线电机 差不多.(这从上面我画的图)也可以看出来,只不过物理上绕线的方式不同(这也导致编程上脉冲表的不同),在功能上是一样的.
无论什么样的电机,控制方法和其结构是息息相关的。通过上一篇文章之后,我们知道按一定的顺序给步进电机的各相轮流通电,这样步进电机才能转动起来。这就是控制电机应该知道的个知识点:电机运行时,各相通电需要满足一定的时序。第二个知识点就是力矩的概念,电机力矩的大小和绕组数量、通电电流大小有关。
那么什么是细分控制呢?细分控制的原理又是什么呢?步进电机之所以能实现步进就是因为在硬件结构上做了拆分(定子上有不同的通电相,转子上有齿),使其一次转动不是一圈,而是一步一步的按固定的角度转动。这一步所转过的角度就是步距角。步距角是步进电机的固有属性,每一个步进电机的步距角在设计完成之后就是固定的。步距角和电机运行的拍数以及转子齿数有关,θ=360/NZ(2相电机的计公式,本文例子全部以两相电机为例),N是拍数(一般可以通过线数来确定),Z是转子的齿数。细分控制是指对步距角再进行详细的分步控制。例如,对一个步距角为1.8°的两相四拍电机进行四细分控制,就是使得电机转动一步是1.8除以4,也就是0.45°来运转。
对于步进电机来说细分功能完全是由外部驱动电路控制电机的相电流产生的,和具体电机无关。下面通过对比图来详细说明一下。
这个是步进电机在整步运行时的电流图。图里展示了ab相电流的加载时序A-B-A’-B’-A。
通过等角度有规律的插入大小相等的电流合成向量,从而减小合成磁势的角度(步距角),从而达到细分的目的。
这里保持合成电流的大小相等就是为了保证合成力矩的大小相等,合成力矩相等,电机的运行步数增加,从而实现电机运行稳定性的提高。这里有点类似于用微分发求不规则图形的面积。那是不是说我无限细分就能做到步进电机运行的完美无缺呢?理论上是这样的,实际上细分数和电机本身的硬件条件是有关的,电机转子上的齿数不可能无限多,通电相数也是有限的。只能说细分数越高的电机,控制就能越。
接着我们来具体分析这几个关键词。个就是等角度,等角度就是将步距角平均分成几份。4细分就是平均分成4份,我们同样以2相4拍步进电机为例,它的步距角是1.8°,4细分之后它运行一步就是0.45°。第二个是有规律,有规律的意思是每加一步,运行过的角度就增加0.45度。第三个是大小相等的电流合成向量。我们把ia当成x轴ib当成y轴来看,合成电流的大小不变,那么ia=i0*cosθ,ib=i0*sinθ(参考图中添加的虚线是合成电流的大小,这个合成电流的大小和电机的力矩大小有关。这里我们理解的时候可以简单把i0看成是固定的已知量。
合成电流2的夹角为θ+θ,合成电流3的夹角为θ+θ+θ。这样通过公式结合时序我们就知道a相在什么时间通多大电流,b相在什么时间通多大电流才能保证步进电机按我们设计好的细分数正常工作。转载:
两相的是1.8°、 三相的是1.2°、三相六拍驱动方式运行的步进电动机的步距角运算公式Q=360/MZK
四相电机中,有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A,转子齿为50齿电机为例,四拍运行时步距角为θ=360度/(50*4)=1.8度,八拍运行时步距角为θ=360度/(50*8)=0.9度。
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