步进电机的工作原理和原理图.docxVIP

一、前言 步进机电是将电脉冲信号转变为角位移或者线位移的开环控制元件。在非超载的情况下， 机电 的转速、 住手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， 即给机电 加一个脉冲信号， 机电则转过一个步距角。 这一线性关系的存在， 加之步进机电惟独周期性 的误差而无积累误差等特点。使得在速度、 位置等控制领域用步进机电来控制变的非常的简 单。 虽然步进机电已被广泛地应用， 但步进机电并不能象普通的直流机电， 交流机电在常规下使 用。 它必须由双环形脉冲信号、 功率驱动电路等组成控制系统方可使用。 因此用好步进机电 却非易事，它涉及到机械、机电、电子及计算机等许多专业知识。 目前,生产步进机电的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开辟，研制的厂家却 非常少，大部份的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶 段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。签于上述情况，我们决定以广泛的感应 子式步进机电为例。 叙述其基本工作原理。望能对泛博用户在选型、使用、及整机改进时有 所匡助。 二、感应子式步进机电工作原理 (一)反应式步进机电原理 由于反应式步进机电工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进机电原理。 1、结构： 机电转子均匀分布着不少小齿， 定子齿有三个励磁绕阻， 其几何轴线挨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： 2、旋转： 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 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， 机电转子向右转过一个齿距， 如果不断地按 A， B， C，A……通电， 机电就每步(每脉冲) 1/3て,向右旋转。如按 A， C， B ，A……通电，机电就反转。 由此可见： 机电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。 无非，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，这就是机电细分驱动的基本理论依据。 不难推出：机电定子上有 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机电就能正反转被控制——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创造任何相的步进机电， 出于成本等 多方面考虑，市场上普通以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 机电一旦通电，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 力矩与机电有效体积*安匝数*磁密 成正比(只考虑线性状态)因此，机电有效体积越大， 励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，机电力矩越大，反之亦然。 (二)感应子式步进机电 1、特点： 感应子式步进机电与传统的反应式步进机电相比， 结构上转子加有永磁体， 以提供软磁材料 的工作点， 而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能， 因此该机电效 率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该机电具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较 好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式步进机电某种程度上可以看做是低速同步机电。 一个四相机电可以作四相运行， 也 可以作二相运行。 (必须采用双极电压驱动)，而反应式机电则不能如此。例如：四相，八相 运行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)彻底可以采用二相八拍运行方式 .不难发现其条件为 C=,D=.