步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器原理資料doc

1、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器原理步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件,是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化設(shè)備中步進(jìn)電機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)不同之處在于它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu),它同時(shí)完成兩個(gè)工作:一是傳遞轉(zhuǎn)矩,二是控制轉(zhuǎn)角位置或速度1. 步進(jìn)電機(jī)工作原理2.步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖1.2 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)圖3.驅(qū)動(dòng)器原理   步進(jìn)電機(jī)必須有驅(qū)動(dòng)器和控制器才能正常工作驅(qū)動(dòng)器的作用是對(duì)控制脈沖進(jìn)行環(huán)形分配功率放大,使步進(jìn)電機(jī)繞組按一定順序通電,控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)            

2、;              圖1.3 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)    以兩相步進(jìn)電機(jī)為例,當(dāng)給驅(qū)動(dòng)器一個(gè)脈沖信號(hào)和一個(gè)正方向信號(hào)時(shí),驅(qū)動(dòng)器經(jīng)過環(huán)形分配器和功率放大后,給電機(jī)繞組通電的順序?yàn)?,其四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化,電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng);若方向信號(hào)變?yōu)樨?fù)時(shí),通電時(shí)序就變?yōu)?電機(jī)就逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)圖1.4 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖1.4,當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)有:R為電路中存在的等效電阻如果,電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng),感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E=0,則:隨著電子技術(shù)的

3、發(fā)展,功率放大電路由單電壓電路高低壓電路發(fā)展到現(xiàn)在的斬波電路其基本原理是:在電機(jī)繞組回路中,串聯(lián)一個(gè)電流檢測(cè)回路,當(dāng)繞組電流降低到某一下限值時(shí),電流檢測(cè)回路發(fā)出信號(hào),控制高壓開關(guān)管導(dǎo)通,讓高壓再次作用在繞組上,使繞組電流重新上升;當(dāng)電流回升到上限值時(shí),高壓電源又自動(dòng)斷開重復(fù)上述過程,使繞組電流的平均值增加,電流波形的波頂維持在預(yù)定數(shù)值上,解決了高低壓電路在低頻段工作時(shí)電流下凹的問題,使電機(jī)在低頻段力矩增大步進(jìn)電機(jī)一定時(shí),供給驅(qū)動(dòng)器的電壓值對(duì)電機(jī)性能影響較大,電壓越高,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高力矩越大;在驅(qū)動(dòng)器上一般設(shè)有相電流調(diào)節(jié)開關(guān),相電流設(shè)的越大,步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高力矩越大4.細(xì)分控制原理為了提高步進(jìn)

4、電機(jī)的性能,細(xì)分驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)廣泛應(yīng)用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過改變A,B相電流的大小,以改變合成磁場(chǎng)的夾角,從而可將一個(gè)步距角細(xì)分為多步圖1.7 步進(jìn)電機(jī)細(xì)分原理圖細(xì)分?jǐn)?shù)越高,電流越平滑,電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)就越平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)器一般都具有細(xì)分功能,常見的細(xì)分倍數(shù)有:1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64,1/256;或:1/5,1/10,1/20細(xì)分后步進(jìn)電機(jī)步距角按下列方法計(jì)算:步距角 = 電機(jī)固有步距角 / 細(xì)分?jǐn)?shù)例如:一臺(tái)1.8°電機(jī)設(shè)定為4細(xì)分,其步距角為 1.8°/ 4 = 0.45°當(dāng)細(xì)分等級(jí)大于1/4后,電機(jī)的定位精度并不能提高,只是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)更平穩(wěn)5.步進(jìn)電機(jī)

5、的術(shù)語及特點(diǎn)相數(shù):產(chǎn)生不同對(duì)極NS磁場(chǎng)的勵(lì)磁線圈對(duì)數(shù)步距角:對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào),電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移一般二相電機(jī)的步距角為1.8度,即電機(jī)運(yùn)動(dòng)200步為一周靜力矩(HOLDING TORQUE):是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一,通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近于靜力矩定位力矩(DETENT TORQUE):是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下,定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩步距角精度:步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差用百分比表示:(誤差/步距角)´ 100%步進(jìn)角的誤差不累積最大空載起動(dòng)頻率:電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式電壓及額定電流下,在不加負(fù)載的情況下,

6、能夠直接起動(dòng)的最大頻率最大空載的運(yùn)行頻率:電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式,電壓及額定電流下,電機(jī)不帶負(fù)載的最高運(yùn)行頻率相電流:電機(jī)繞組所通過的電流電機(jī)矩頻特性:電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與脈沖頻率關(guān)系的曲線稱為電機(jī)矩頻特性,這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的,也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)如圖2.2所示,在低速時(shí)的電機(jī)力矩接近靜轉(zhuǎn)矩,隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速增加,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)加大,削弱了外加電壓的作用,使電機(jī)輸出力矩減小圖1.10中,曲線3電流最大或電壓最高;曲線1電流最小或電壓最低,曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)電機(jī)的共振點(diǎn):步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域,二四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps之間

7、(步距角1.8度)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高,電機(jī)電流越大,負(fù)載越輕,電機(jī)體積越小,則共振區(qū)向上偏移,反之亦然為使電機(jī)輸出力矩大,不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低,一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多丟步(失步):控制器給電機(jī)發(fā)了n個(gè)脈沖,步進(jìn)電機(jī)并沒有轉(zhuǎn)動(dòng)n個(gè)步距角一般當(dāng)電機(jī)力矩偏小加速度偏大速度偏高摩擦力不均勻等都會(huì)是丟步現(xiàn)象發(fā)生步進(jìn)電機(jī)的類型:現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)和單相式步進(jìn)電機(jī)等永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相,轉(zhuǎn)矩和體積較小,步進(jìn)角一般為7.5度或15度;反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相,可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出,步進(jìn)角一般為1.5度,但噪聲和振動(dòng)都很大反應(yīng)式

8、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵(lì)磁繞組,利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩;混合式步進(jìn)電機(jī)是指綜合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)而設(shè)計(jì)的步進(jìn)電機(jī)它又分為兩相三相和五相:兩相步進(jìn)角一般為1.8度,三相步進(jìn)角一般為1.2度,而五相步進(jìn)角一般為0.72度6.步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器接線1) 步進(jìn)電機(jī)線圈的串并聯(lián)許多2相步進(jìn)電機(jī)有8根引線,這種電機(jī)既可以串聯(lián)連接又可以并聯(lián)連接串聯(lián)連接的電機(jī),線圈長(zhǎng)度增加,力矩較大;并聯(lián)連接的電機(jī),電感較小,所以啟動(dòng)停止速度較快注意:通過對(duì)調(diào)A和A在驅(qū)動(dòng)器上的位置,電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)2) 用萬用表確認(rèn)線圈極性在沒有電機(jī)說明書時(shí),可以用萬用表確認(rèn)電機(jī)8引線的極性,方法如下:A.先用萬用表測(cè)

9、量8個(gè)引線之間的電阻,可判斷出4組線圈引線;B.由于只接16,28或16,74二個(gè)線圈電機(jī)也能正常轉(zhuǎn)動(dòng),所以,在4個(gè)線圈中任選2個(gè),接在驅(qū)動(dòng)器上;如果電機(jī)不轉(zhuǎn),說明這2組線圈是A相線圈;另外2個(gè)線圈是B相的2個(gè)線圈;如果電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),說明這2個(gè)線圈一個(gè)是A相,一個(gè)是B相線圈;C.接2組線圈讓電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)后,再從剩下的2個(gè)線圈中任選一個(gè)線圈,串聯(lián)在A相線圈上,如果電機(jī)電機(jī)正常轉(zhuǎn)動(dòng)了,說明該線圈是A相的另一個(gè)線圈;如果電機(jī)不轉(zhuǎn),將這個(gè)線圈的正負(fù)對(duì)調(diào)后再試一次,如果電機(jī)還不轉(zhuǎn),說明該線圈是B相的另一個(gè)線圈D.用上述同樣方法,可以確定最后一個(gè)線圈的極性3)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接線:l        光電隔離元件的作用:電氣隔離,抗干擾