步進電機的工作原理細分介紹!
發(fā)布時間:2020-04-27 16:34:36
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文章來源:深圳博智達機器人
導讀: 隨著生產(chǎn)過程機械化、電氣化和自動化的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了各種類型的特種電機。這些電機的工作原理,一般與普通的異步電機和直流電機的基本原理近似,但是它們在性能、結構、生...
隨著生產(chǎn)過程機械化、電氣化和自動化的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了各種類型的特種電機。這些電機的工作原理,一般與普通的異步電機和
直流電機的基本原理近似,但是它們在性能、結構、生產(chǎn)工藝上各有其特殊性,多用于自動控制過程中。一般來說,這些電機的功率不大,小的只有幾分之一瓦,大的也不過幾十瓦或幾百瓦,屬于微型電機的范圍。
一般電機都是連續(xù)旋轉,而步進電機卻是一步一步轉動的,故叫步進電機。每輸入一個脈沖沖信號,該電機就轉過一定的角度(有的步進電機可以直接輸出線位移,稱為
直線電機)。因此步進電機是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰疲ɑ蛑本€位移)的執(zhí)行元件。
步進電機的轉子為多極分布,定子上嵌有多相星形連接的控制繞組,由專門電源輸入電脈沖信號,每輸入一個脈沖信號,步進電機的轉子就前進一步。由于輸入的是脈沖信號,輸出的角位移是斷續(xù)的,所以又稱為脈沖電機。
隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展,步進電機的應用將逐漸擴大。
步進電機的種類很多,按結構可分為反應式和激勵式兩種;按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。
圖1是反應式步進電機結構示意圖,它的定子具有均勻分布的六個磁極,磁極上繞有繞組。兩個相對的磁極組成一組,聯(lián)法如圖所示。
下面介紹反應式步進電機單三拍、六拍及雙三拍通電方式的基本原理。
一、單三拍通電方式的基本原理
設A相首先通電(B、C兩相不通電),產(chǎn)生A-A′軸線方向的磁通,并通過轉子形成閉合回路。這時A、A′極就成為電磁鐵的N、S極。在磁場的作用下,轉子總是力圖轉到磁阻最小的位置,也就是要轉到轉子的齒對齊A、A′極的位置(圖2a);接著B相通電(A、C兩相不通電),轉了便順時針方向轉過30°,它的齒和C、C′極對齊(圖2c)。不難理解,當脈沖信號一個一個發(fā)來時,如果按A→C→B→A→„的順序通電,則電機轉子便逆時針方向轉動。這種通電方式稱為單三拍方式。

二、六拍通電方式的基本原理
設A相首先通電,轉子齒與定子A、A′對齊(圖3a)。然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時定子B、B′極對轉子齒2、4產(chǎn)生磁拉力,使轉子順時針方向轉動,但是A、A′極繼續(xù)拉住齒1、3,因此,轉子轉到兩個磁拉力平衡為止。這時轉子的位置如圖3b所示,即轉子從圖(a)位置順時針轉過了15°。接著A相斷電,B相繼續(xù)通電。這時轉子齒2、4和定子B、B′極對齊(圖c),轉子從圖(b)的位置又轉過了15°。其位置如圖3d所示。這樣,如果按A、AB、B、BC、C、CA、A„的順序輪流通電,則轉子便順時針方向一步一步地轉動,步距角15°。電流換接六次,磁場旋轉一周,轉子前進了一個齒距角。如果按A、AC、C、CB、B、BA、A„的順序通電,則電機轉子逆時針方向轉動。這種通電方式稱為六拍方式。
細分:在A相通電后,B相不完全通電,可通過控制B相線圈的電流大小而達到旋轉角度的目的。
三、雙三拍通電方式的基本原理
如果每次都是兩相通電,即按A、B→B、C→C、A→A、B→„的順序通電,則稱為雙三拍方式,從圖3b,和圖3d可見,步距角也是30°。因此,采用單三拍和雙三拍方式時轉子走三步前進了一個齒距角,每走一步前進了三分之一齒距角;采用六拍方式時,轉子走六步前進了一個齒距角,每走一步前進了六分之一齒距角。因此步距角θ可用下式計算: θ=360°/Zr×m
式中Zr是轉子齒數(shù);m是運行拍數(shù)。
一般步進電機最常見的步距角是3°或1.5°。由上式可知,轉子上不只4個齒(齒距角90°),而有40個齒(齒距角為9°)。為了使轉子齒與定子齒對齊,兩者的齒寬和齒距必須相等。因此,定子上除了6個極以外,在每個極面上還有5個和轉子齒一樣的小齒。步進電機的結構圖如圖4所示。

由上面介紹可知,步進電機具有結構簡單、維護方便、精確度高、起動靈敏、停車準確等性能。此外,步進電機的轉速決定于電脈沖頻率,并與頻率同步。
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