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关于永磁步进电机的知识普及

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关于永磁步进电机的知识普及

发布日期:2017-03-16 作者: 点击:

步进电机是执行元件,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,在国民经济各个领域都有应用。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号时,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,通过控制脉冲个数控制角位移量,达到准确定位的目的,同时通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,达到调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机,其没有积累误差(精度为100%),被广泛应用于各种开环控制。

一、步进电机的种类

永磁步进电机一般为两相,转矩和体检较小,步踞角一般为7.5度或15度,多用于空调风摆上。

反应式步进电机常见的有三相反应式,步踞角为1.5度。

混合式步进电机常见的有两相、三相、四相、五相混合式。两相和四相混合式可以通用驱动器,步踞角多是1.8度,具有体积小、大力距、低噪音的特点。五相混合式步踞角为0.72度,分辨率高,但是驱动电路复杂,接线麻烦。三相混合式步踞角为1.2度,其拥有比两相、五相混合式更多的磁极,有利于电机夹角的对称,因而比两相、五相精度更高,误差更小,运行更平稳。

二、步进电机的相关概念永磁步进电机

步进电机的精度:步进电机的精度为步进角的3%―5%,且不累积。

步踞角:就是发送一个脉冲,电机对应转动的角度。

定位转矩:是指步进电机不通电的情况下,定子锁住转子的力矩。

运行频率:步进电机不失步运行的最高频率。

细分驱动器:主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的运作精度,减少噪音。

三、步进电机的特征

1.高精度的定位。

步进电机的最大特征是能够简单地做到高精度的定位控制。以五相步进电机为例:其定位基本单位(分辨率)为0.72度(全步级)/0.36度(半步级),是非常小的;停止定位精度误差皆在±3分(±0.05度)以内,且无累计误差,因而能达到高精度的定位控制。(步进电机的定位精度取决于电机本身的机械加工精度)

2.位置及速度控制。

步进电机在输入脉冲信号时,可以依输入的脉冲数做固定角度的回转,进而得到灵活的角度控制(位置控制),并可得到与该脉冲信号周波数(频率)成比例的回转速度。

3.具定位保持力。

步进电机在停止状态下(无脉波信号输入时)仍具有激磁保持力,因此,即使不依靠机械式的刹车,也能做到停止位置的保持。

4.动作灵敏。

步进电机因为加速性能优越,所以可做到瞬时起动、停止、正反转等快速、频繁的定位动作。

5.开回路控制,不必依赖传感器定位。

步进电机的控制系统构成简单,不需要速度感应器(ENCODER、转速发电机)及位置传感器(SENSOR),就能以输入的脉波达到速度与位置的控制。也因其属开回路控制,所以最适合于短距离、高频度、高精度等定位控制的场合下使用。

6.中低速时具备高转矩。

步进电机在中低速时具有较大的转矩,所以能够较同级伺服电机提供更大的扭力输出。

7.高信赖性。

使用步进电机装置与使用离合器、减速机及极限开关等其它装置相较,步进电机的故障及误动作少,所以在检查及保养时也较简单容易。

8.体积小,功率高。

步进电机体积小、扭力大,在狭窄的空间内也可顺利做安装,并提供高转矩输出。

四、步进电机的控制原理

步进电机是数字控制电机,它将脉冲信号转变成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。

步进电机区别于其他控制电机的最大特点是:它是通过输入脉冲信号进行控制的,即电机的总转动角度由输入脉冲数决定,而电机的转速则由脉冲信号频率决定。

步进电机的驱动电路根据控制信号工作,而控制信号则由单片机产生。其基本原理如下:

(一)控制换相顺序。

通电换相这一过程称为脉冲分配。例如:三相步进电机的三拍工作方式,其各相通电顺序为A―B―C―D,通电控制脉冲就必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C,D,进行电的通断。

(二)控制步进电机的转向。

如果给定工作方式是正序换相通电,步进电机就正转;如果按反序通电换相,步进电机就反转。

(三)控制步进电机的速度。

如果给步进电机发一个控制脉冲,它就转一步,再发一个脉冲,它就再转一步。两个脉冲的间隔越短,步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率,就可以对步进电机进行调速。

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