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1 前言 1.1 步进电机简介
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1 前言 1.1 步进电机简介
步进电机是一种专门用于速度和位置精确控制的特种电机,将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件,它的旋转是以固定的角度(称为步距角)一步一步运行的,故称步进电机。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。
1.2 步进电机分类及结构
1、步进电机按转子的结构分三种:永磁式(PM),反应式(VR)和混合式(HB)。
图1永磁式
永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度;价格便宜,精度差。
图2 反应反应式步进电机
反应式步进电机不用永磁铁,转子是导磁体,一般是硅钢片或电工纯铁棒,定子通电时,磁极磁化,吸引转子齿产生转矩,只有吸引转矩,不像永磁铁有吸引和排斥转矩。一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80 年代已被淘汰;
图3
图4
混合式步进电机值得是PM和VR型步进电机复合的意思,转子被对称的分为两段,中间充磁,一端为N一端充S,在磁铁上加两个导磁体齿盘,彼此互相错开半个齿。一般常用的为50个齿。与PM步进电机的区别是,PM型如果要提高分辨率,只能增加磁极对数,通常最高只能分布24极,再增加就会增加漏磁通,降低转矩。混合式混合了永磁式和反应式的优点,分为两相、三相和五相,两相步进角一般为1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。
2、结构
图5两相混合式步进电机的结构
步进电机一般由转子(转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠轴承),定子(绕组、定子铁芯),前后端盖等组成。最典型两相混合式步进电机的定子有8个大齿,40个小齿,转子有50个小齿。
3、转动原理
图17
为产生小步距角,定、转子都做成多齿的,图中转子50个齿,转子的五个齿等于360/ 50=7.2°,齿宽、齿槽各3.6° 。定子是 8个磁极,但每个磁极上也有五个齿,定子共40个齿。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。定子五个齿,齿距7.2度,B 相和 A 相差45°,含 45°/7.2° =6.25 齿,当A 相的转子、定子的五个小齿对齐时,间隔6.25个齿,B 相一定不能对齐,差0.25个齿,即1.8度。
工作原理:假设是单两拍通电工作方式。
(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45°,含 45°/7.2° =6.25 齿。所以,A 相的转子、定子的五个小齿对齐时,B 相不能对齐,B相的转子、定子相差 1/4 个齿(1.8°)。
(2)A 相断电、B 相通电后,转子只需转过1/4个 齿(1.8°),使 B 相转子、定子对齐。
同理,A相通电再转1.8 ° ……
若工作方式改为双相四拍,则每通一个电脉冲,转子只转 0.9° 。
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