步進電機及驅(qū)動器原理資料doc

1、步進電機及驅(qū)動器原理步進電機作為執(zhí)行元件,是機電一體化的關鍵產(chǎn)品之一,廣泛應用在各種自動化設備中步進電機和普通電動機不同之處在于它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu),它同時完成兩個工作:一是傳遞轉(zhuǎn)矩,二是控制轉(zhuǎn)角位置或速度1. 步進電機工作原理2.步進電機結(jié)構(gòu)圖1.2 步進電機結(jié)構(gòu)圖3.驅(qū)動器原理   步進電機必須有驅(qū)動器和控制器才能正常工作驅(qū)動器的作用是對控制脈沖進行環(huán)形分配功率放大,使步進電機繞組按一定順序通電,控制電機轉(zhuǎn)動            

2、;              圖1.3 步進電機控制系統(tǒng)    以兩相步進電機為例,當給驅(qū)動器一個脈沖信號和一個正方向信號時,驅(qū)動器經(jīng)過環(huán)形分配器和功率放大后,給電機繞組通電的順序為 ,其四個狀態(tài)周而復始進行變化,電機順時針轉(zhuǎn)動;若方向信號變?yōu)樨摃r,通電時序就變?yōu)?電機就逆時針轉(zhuǎn)動圖1.4 步進電機驅(qū)動電路原理圖分析步進電機驅(qū)動電路原理圖1.4,當T導通時有:R為電路中存在的等效電阻如果,電機不轉(zhuǎn)動,感應電動勢E=0,則:隨著電子技術的

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:在電機繞組回路中,串聯(lián)一個電流檢測回路,當繞組電流降低到某一下限值時,電流檢測回路發(fā)出信號,控制高壓開關管導通,讓高壓再次作用在繞組上,使繞組電流重新上升;當電流回升到上限值時,高壓電源又自動斷開重復上述過程,使繞組電流的平均值增加,電流波形的波頂維持在預定數(shù)值上,解決了高低壓電路在低頻段工作時電流下凹的問題,使電機在低頻段力矩增大步進電機一定時,供給驅(qū)動器的電壓值對電機性能影響較大,電壓越高,步進電機轉(zhuǎn)速越高力矩越大;在驅(qū)動器上一般設有相電流調(diào)節(jié)開關,相電流設的越大,步進電機轉(zhuǎn)速越高力矩越大4.細分控制原理為了提高步進

4、電機的性能,細分驅(qū)動器已經(jīng)廣泛應用細分驅(qū)動器的原理是通過改變A,B相電流的大小,以改變合成磁場的夾角,從而可將一個步距角細分為多步圖1.7 步進電機細分原理圖細分數(shù)越高,電流越平滑,電機轉(zhuǎn)動就越平穩(wěn)驅(qū)動器一般都具有細分功能,常見的細分倍數(shù)有:1/2,1/4,1/8,1/16,1/32,1/64,1/256;或:1/5,1/10,1/20細分后步進電機步距角按下列方法計算:步距角 = 電機固有步距角 / 細分數(shù)例如:一臺1.8°電機設定為4細分,其步距角為 1.8°/ 4 = 0.45°當細分等級大于1/4后,電機的定位精度并不能提高,只是電機轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)5.步進電機

5、的術語及特點相數(shù):產(chǎn)生不同對極NS磁場的勵磁線圈對數(shù)步距角:對應一個脈沖信號,電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移一般二相電機的步距角為1.8度,即電機運動200步為一周靜力矩(HOLDING TORQUE):是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時,定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩它是步進電機最重要的參數(shù)之一,通常步進電機在低速時的力矩接近于靜力矩定位力矩(DETENT TORQUE):是指步進電機沒有通電的情況下,定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩步距角精度:步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差用百分比表示:(誤差/步距角)´ 100%步進角的誤差不累積最大空載起動頻率:電機在某種驅(qū)動形式電壓及額定電流下,在不加負載的情況下,

6、能夠直接起動的最大頻率最大空載的運行頻率:電機在某種驅(qū)動形式,電壓及額定電流下,電機不帶負載的最高運行頻率相電流:電機繞組所通過的電流電機矩頻特性:電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與脈沖頻率關系的曲線稱為電機矩頻特性,這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的,也是電機選擇的根本依據(jù)如圖2.2所示,在低速時的電機力矩接近靜轉(zhuǎn)矩,隨著電機轉(zhuǎn)速增加,感應電動勢加大,削弱了外加電壓的作用,使電機輸出力矩減小圖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,曲線與負載的交點為負載的最大速度點電機的共振點:步進電機均有固定的共振區(qū)域,二四相感應子式步進電機的共振區(qū)一般在180-250pps之間

7、(步距角1.8度)電機驅(qū)動電壓越高,電機電流越大,負載越輕,電機體積越小,則共振區(qū)向上偏移,反之亦然為使電機輸出力矩大,不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低,一般工作點均應偏移共振區(qū)較多丟步(失步):控制器給電機發(fā)了n個脈沖,步進電機并沒有轉(zhuǎn)動n個步距角一般當電機力矩偏小加速度偏大速度偏高摩擦力不均勻等都會是丟步現(xiàn)象發(fā)生步進電機的類型:現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機(VR)永磁式步進電機(PM)混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等永磁式步進電機一般為兩相,轉(zhuǎn)矩和體積較小,步進角一般為7.5度或15度;反應式步進電機一般為三相,可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出,步進角一般為1.5度,但噪聲和振動都很大反應式

8、步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵磁繞組,利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩;混合式步進電機是指綜合了永磁式和反應式的優(yōu)點而設計的步進電機它又分為兩相三相和五相:兩相步進角一般為1.8度,三相步進角一般為1.2度,而五相步進角一般為0.72度6.步進電機及驅(qū)動器接線1) 步進電機線圈的串并聯(lián)許多2相步進電機有8根引線,這種電機既可以串聯(lián)連接又可以并聯(lián)連接串聯(lián)連接的電機,線圈長度增加,力矩較大;并聯(lián)連接的電機,電感較小,所以啟動停止速度較快注意:通過對調(diào)A和A在驅(qū)動器上的位置,電機就會反轉(zhuǎn)2) 用萬用表確認線圈極性在沒有電機說明書時,可以用萬用表確認電機8引線的極性,方法如下:A.先用萬用表測

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