步进电机工作和控制原理.doc

1 步进电机工作和控制原理一、综述步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。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。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件, 具有无累积误差、成本低、控制简单特点。产品从相数上分有二、三、四、五相, 从步距角上分有 ° / °、 ° / ° ,从规格上分有口 42~ φ 130 ,从静力矩上分有 · M~40N ·M。签于上述情况, 我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。二、感应子式步进电机工作原理(一)反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。 1 、结构: 电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依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)。 2 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,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按 A,B,C,A ……通电,电机就每步(每脉冲) 1/3 て,向右旋转。如按 A,C,B,A ……通电,电机就反转。由此可见: 电机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。不过, 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,这就是电机细分驱动的基本理论依据。不难推出:电机定子上有 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电机就能正反转被控制——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制造任何相的步进电机, 出于成本等多方面考虑,市场上一般以二、三、四、五相为多。 3 、力矩: 电机一旦通电,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