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反应式步进电机工作原理及组成

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。   步进电机已被广泛地应用。

一、反应式步进电机驱动控制系统组成   


使用、控制步进电机必须由环形脉冲,功率放大等组成的控制系统,其方框图如下:

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 1、反应式步进电机脉冲信号的产生。  

 脉冲信号一般由单片机或CPU产生,一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右,电机转速越高,占空比则越大。  

 2、反应式步进电机信号分配   

我厂生产的感应子式步进电机以二、四相电机为主,二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种,具体分配如下:二相四拍为,步距角为1.8度;二相八拍为,步距角为0.9度。四相电机工作方式也有二种,四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度;四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为0.9度)。   

3、反应式步进电机功率放大   

功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流(而样本上的电流均为静态电流)。平均电流越大电机力矩越大,要达到平均  电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式,到目前为止,驱动方式一般有以下几种:恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。   为尽量提高电机的动态性能,将信号分配、功率放大组成步进电机的驱动电源。

4、反应式步进电机细分驱动器 

在步进电机步距角不能满足使用的条件下,可采用细分驱动器来驱动步进电机,细分驱动器的原理是通过改变相邻(A,B)电流的大小,以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。




二、反应式步进电机工作原理

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号,转子就转动一个角度或前进一步,其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比。因此,步进电动机又称脉冲电动机。下面从三方面进行介绍。


1、反应式步进电机结构原理:   电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3て,C与齿3向右错开2/3て,A'与齿5相对齐,(A'就是A,齿5就是齿1)下面是定转子的展开图:

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2、反应式步进电机旋转原理:  

如A相通电,B,C相不通电时,由于磁场作用,齿1与A对齐,(转子不受任何力以下均同)。如B相通电,A,C相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3て,此时齿3与C偏移为1/3て,齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3て,此时齿4与A偏移为1/3て对齐。如A相通电,B,C相 不通 。4电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3て这样经过A、B、C、A分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A……通电,电机就每步(每脉冲)1/3て,向右旋转。如按A,C,B,A……通电,电机就反转。    由此可见:电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电 顺序决定。    不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种导电状态,这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合,使其 1/3て变为1/12て,1/24て,这就是电机细分驱动的基本理论依据。    不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移 1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机,出于成本等多方 面考虑,市场上一般以二、三、四、五相为多。    


3、反应式步进电机力矩原理:

电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量Ф)当转子与定子错开一定角度产生力F 与(dФ/dθ)成正比 S  其磁通量Ф=Br*S Br为磁密,S为导磁面积, F与L*D*Br成正比L为铁芯有效长度,D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)R为磁阻。   力矩=力*半径   力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比(只考虑线性状态)

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因此,电机有效体积越大,励磁安匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然。


好了,今天的反应式步进电机组成介绍及工作原理就到这里。希望有帮到你。


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