步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī), 它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為"步距角")一步一步運(yùn)行的, 其特點(diǎn)是沒有積累誤差(精度為100%), 所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng), 這種裝置就是步進(jìn) 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的 脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移, 或者說: 控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)脈沖信號(hào), 通過驅(qū)動(dòng)器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角,所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號(hào)的頻率成正比。因此控制步進(jìn)脈沖信號(hào)的頻率,可以對(duì)電機(jī)精確調(diào)速;控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數(shù),可以對(duì)電機(jī)精確定位目的。這一線性關(guān)系的存在,加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。
一、步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造(以五相步進(jìn)電機(jī)為例)
步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造如下圖所示,大致分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子1、轉(zhuǎn)子2和永久磁鋼組成。
定子擁有小齒狀的磁極,共有 10個(gè),皆繞有線圈。 其線圈的對(duì)角位置的磁極相互連接著,電流流通后,線圈即會(huì)被磁 化成同一極性。(例如某一線圈經(jīng)由電流的流通后,對(duì)角線的磁極將 同化成 S 極或 N 極。) 對(duì)角線的 2個(gè)磁極形成 1個(gè)相,而由于有 A相至 E相等 5個(gè) 相位,因此稱為 5 相步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)。
轉(zhuǎn)子的外圈由 50個(gè)小齒構(gòu)成,轉(zhuǎn)子 1 和轉(zhuǎn)子 2 的小齒于構(gòu)造上互 相錯(cuò)開 1/2 螺距。由此轉(zhuǎn)子形成了100個(gè)小齒。目前已經(jīng)有轉(zhuǎn)子單個(gè)加工至100齒的高分辨率型,那么高分辨率型的轉(zhuǎn)子就有200個(gè)小齒。因此其機(jī)械上就可以實(shí)現(xiàn)普通步進(jìn)電機(jī)半步(普通步進(jìn)電機(jī)半步需要電氣細(xì)分達(dá)到)的分辨率。
二、 步進(jìn)電機(jī)工作原理
當(dāng)電流流過定子繞組時(shí),定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度,使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序,電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
三、步進(jìn)電機(jī)的控制
步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式有三種基本的驅(qū)動(dòng)模式:整步、半步、細(xì)分。其主要區(qū)別在于電機(jī)線圈電流的控制精度(即激磁方式)。通常步進(jìn)電機(jī)都有低頻振動(dòng)的特點(diǎn),通過細(xì)分調(diào)協(xié)可以改善電機(jī)低速動(dòng)運(yùn)行的平衡性。下面給大家詳細(xì)介紹一下:
1、整步驅(qū)動(dòng)
在整步運(yùn)行中,同一種步進(jìn)電機(jī)既可配整/半步驅(qū)動(dòng)器也可配細(xì)分驅(qū)動(dòng)器,但運(yùn)行效果不同。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器按脈沖/方向指令對(duì)兩相步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)線圈循環(huán)激磁(即將線圈充電設(shè)定電流),這種驅(qū)動(dòng)方式的每個(gè)脈沖將使電機(jī)移動(dòng)一個(gè)基本步距角,即1.80度 (標(biāo)準(zhǔn)兩相電機(jī)的一圈共有200個(gè)步距角)。
2、半步驅(qū)動(dòng)
在單相激磁時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上,驅(qū)動(dòng)器收到下一脈沖后,如給另一相激磁且保持原來相繼處在激磁狀態(tài),則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移動(dòng)半個(gè)步距角,停在相鄰兩個(gè)整步位置的中間。如此循環(huán)地對(duì)兩相線圈進(jìn)行單相然后雙相激磁步進(jìn)電機(jī)將以每個(gè)脈沖0.90度的半步方式轉(zhuǎn)動(dòng)。和整步方式相比,半步方式具有精度高一倍和低速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較小的優(yōu)點(diǎn),所以實(shí)際使用整/半步驅(qū)動(dòng)器時(shí)一般選用半步模式。
3、細(xì)分驅(qū)動(dòng)
細(xì)分驅(qū)動(dòng)模式具有低速振動(dòng)極小和定位精度高兩大優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于有時(shí)需要低速運(yùn)行(即電機(jī)轉(zhuǎn)軸有時(shí)工作在60rpm以下)或定位精度要求小于0.90度的步進(jìn)應(yīng)用中,細(xì)分驅(qū)動(dòng)器獲得廣泛應(yīng)用。
四、應(yīng)用中的注意點(diǎn)
1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn),(0.9度時(shí)6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用,可通過減速裝置使其在此間工作,此時(shí)電機(jī)工作效率高,噪音低。
2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài),整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。
3、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。
4、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí),一般不在工作速度起動(dòng),而采用逐漸升頻提速,一電機(jī)不失步,二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。
5、高精度時(shí),應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決,也可以采用5相電機(jī),不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴,生產(chǎn)廠家少。
五、步進(jìn)電機(jī)的測(cè)試
隨著科技的進(jìn)步,傳統(tǒng)的測(cè)試方法已經(jīng)被淘汰,如今步進(jìn)電機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng)逐漸被應(yīng)用到步進(jìn)電機(jī)行業(yè)中。
青島艾普研發(fā)的步進(jìn)電機(jī)綜合測(cè)試系統(tǒng),一次夾裝即可快速完成預(yù)設(shè)項(xiàng)目的檢測(cè),測(cè)試項(xiàng)目可以根據(jù)客戶要求進(jìn)行定制。