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步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器-步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器工作原理及設(shè)計(jì)電路圖解析-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-06-04 

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步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器原理圖

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路設(shè)計(jì)解析步進(jìn)電機(jī)在控制系統(tǒng)中具有普遍的應(yīng)用。它能夠把脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移,并且可用作電磁制動(dòng)輪、電磁差分器、或角位移發(fā)作器等。有時(shí)從一些舊設(shè)備上拆下的步進(jìn)電機(jī)(這種電機(jī)普通沒有損壞)要改作它用,普通需本人設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)器。


1. 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的工作原理

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的工作原理該步進(jìn)電機(jī)為一四相步進(jìn)電機(jī),采用單極性直流電源供電。只需對(duì)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按適宜的時(shí)序通電,就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動(dòng)。圖1是該四相反響式步進(jìn)電機(jī)工作原理表示圖。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器


開端時(shí),開關(guān)SB接通電源,SA、SC、SD斷開,B相磁極和轉(zhuǎn)子0、3號(hào)齒對(duì)齊,同時(shí),轉(zhuǎn)子的1、4號(hào)齒就和C、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒,2、5號(hào)齒就和D、A相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。


當(dāng)開關(guān)SC接通電源,SB、SA、SD斷開時(shí),由于C相繞組的磁力線和1、4號(hào)齒之間磁力線的作用,使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng),1、4號(hào)齒和C相繞組的磁極對(duì)齊。而0、3號(hào)齒和A、B相繞組產(chǎn)生錯(cuò)齒,2、5號(hào)齒就和A、D相繞組磁極產(chǎn)生錯(cuò)齒。依次類推,A、B、C、D四相繞組輪番供電,則轉(zhuǎn)子會(huì)沿著A、B、C、D方向轉(zhuǎn)動(dòng)。


四相步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器依照通電次第的不同,可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等,但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半,因而,八拍工作方式既能夠堅(jiān)持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又能夠進(jìn)步控制精度。


單四拍、雙四拍與八拍工作方式的電源通電時(shí)序與波形分別如圖2.a、b、c所示:

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

AT89C2051將控制脈沖從P1口的P1.4~P1.7輸出,經(jīng)74LS14反相后進(jìn)入9014,經(jīng)9014放大后控制光電開關(guān),光電隔離后,由功率管TIP122將脈沖信號(hào)停止電壓和電放逐大,驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的各相繞組。


使步進(jìn)電機(jī)隨著不同的脈沖信號(hào)分別作正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、加速、減速和中止等動(dòng)作。圖中L1為步進(jìn)電機(jī)的一相繞組。AT89C2051選用頻率22MHz的晶振,選用較高晶振的目的是為了在方式2下盡量減小AT89C2051對(duì)上位機(jī)脈沖信號(hào)周期的影響。


圖3中的RL1~RL4為繞組內(nèi)阻,50Ω電阻是一外接電阻,起限流作用,也是一個(gè)改善回路時(shí)間常數(shù)的元件。D1~D4為續(xù)流二極管,使電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢經(jīng)過續(xù)流二極管(D1~D4)而衰減掉,從而維護(hù)了功率管TIP122不受損壞。


在50Ω外接電阻上并聯(lián)一個(gè)200μF電容,能夠改善注入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖前沿,進(jìn)步了步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。與續(xù)流二極管串聯(lián)的200Ω電阻可減小回路的放電時(shí)間常數(shù),使繞組中電流脈沖的后沿變陡,電流降落時(shí)間變小,也起到進(jìn)步高頻工作性能的作用。


2.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器軟件設(shè)計(jì)

該驅(qū)動(dòng)器依據(jù)撥碼開關(guān)KX、KY的不同組合有三種工作方式供選擇:


方式1為中綴方式:P3.5(INT1)為步進(jìn)脈沖輸入端,P3.7為正反轉(zhuǎn)脈沖輸入端。上位機(jī)(PC機(jī)或單片機(jī))與驅(qū)動(dòng)器僅以2條線相連。


方式2為串行通訊方式:上位機(jī)(PC機(jī)或單片機(jī))將控制命令發(fā)送給驅(qū)動(dòng)器,驅(qū)動(dòng)器依據(jù)控制命令自行完成有關(guān)控制過程。


方式3為撥碼開關(guān)控制方式:經(jīng)過K1~K5的不同組合,直接控制步進(jìn)電機(jī)。


當(dāng)上電或按下復(fù)位鍵KR后,AT89C2051先檢測撥碼開關(guān)KX、KY的狀態(tài),依據(jù)KX、KY 的不同組合,進(jìn)入不同的工作方式。以下給出方式1的程序流程框圖與源程序。


在程序的編制中,要特別留意步進(jìn)電機(jī)在換向時(shí)的處置。為使步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在換向時(shí)能平滑過渡,不至于產(chǎn)生錯(cuò)步,應(yīng)在每一步中設(shè)置標(biāo)志位。其中20H單元的各位為步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)標(biāo)志位;21H單元各位為反轉(zhuǎn)標(biāo)志位。


在正轉(zhuǎn)時(shí),不只給正轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值,也同時(shí)給反轉(zhuǎn)標(biāo)志位賦值;在反轉(zhuǎn)時(shí)也如此。這樣,當(dāng)步進(jìn)電機(jī)換向時(shí),就能夠上一次的位置作為起點(diǎn)反向運(yùn)動(dòng),防止了電機(jī)換向時(shí)產(chǎn)生錯(cuò)步。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

3.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路

為了對(duì)步進(jìn)電機(jī)的相電流停止控制,從而到達(dá)細(xì)分步進(jìn)電機(jī)步距角的目的,人們曾設(shè)計(jì)了很多種步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路。隨著微型計(jì)算機(jī)的開展,特別是單片計(jì)算機(jī)的呈現(xiàn),為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分驅(qū)動(dòng)帶來了便利。


目前,步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路大多數(shù)都采用單片微機(jī)控制。單片機(jī)依據(jù)請求的步距角計(jì)算出各相繞組中經(jīng)過的電流值,并輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DPA) 中,由DPA 把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模仿電壓,經(jīng)過環(huán)形分配器加到各相的功放電路上,控制功放電路給各相繞組通以相應(yīng)的電流,來完成步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分。


單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路依據(jù)末級(jí)功放管的工作狀態(tài)可分為放大型和開關(guān)型兩種(見下圖5)。

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的概述


步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。在非超載的情況下,電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù),而不受負(fù)載變化的影響,當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào),它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度,稱為“步距角”,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。


步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī),它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成分時(shí)供電的,多相時(shí)序控制電流,用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電,步進(jìn)電機(jī)才能正常工作,驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的,多相時(shí)序控制器。


雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用,但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī),交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事,它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。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)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的需求量與日俱增,在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。


步進(jìn)電機(jī)的主要分類


步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類型:反應(yīng)式(Variable Reluctance,VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。


反應(yīng)式:定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小,可達(dá)1.2°、但動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大,可靠性難保證。


永磁式:永磁式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成,轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好、輸出力矩大,但這種電機(jī)精度差,步矩角大(一般為7.5°或15°)。


混合式:混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn),其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料,轉(zhuǎn)子和定子上均有多個(gè)小齒以提高步矩精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好,步距角小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。


按定子上繞組來分,共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī),約占97%以上的市場份額,其原因是性價(jià)比高,配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。該種電機(jī)的基本步距角為1.8°/步,配上半步驅(qū)動(dòng)器后,步距角減少為0.9°,配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后其步距角可細(xì)分達(dá)256倍(0.007°/微步)。由于摩擦力和制造精度等原因,實(shí)際控制精度略低。同一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可配不同細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器以改變精度和效果。


步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的選擇方法


判斷需多大力矩:靜扭矩是選擇步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要參數(shù)之一。負(fù)載大時(shí),需采用大力矩電機(jī)。力矩指標(biāo)大時(shí),電機(jī)外形也大。

判斷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度:轉(zhuǎn)速要求高時(shí),應(yīng)選相電流較大、電感較小的電機(jī),以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)采用較高供電電壓。

選擇電機(jī)的安裝規(guī)格:如57、86、110等,主要與力矩要求有關(guān)。

確定定位精度和振動(dòng)方面的要求情況:判斷是否需細(xì)分,需多少細(xì)分。

根據(jù)電機(jī)的電流、細(xì)分和供電電壓選擇驅(qū)動(dòng)器。


步進(jìn)電機(jī)的工作原理


通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體,當(dāng)電流流過定子繞組時(shí),定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度,使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序,電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。



步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的發(fā)熱原理

通常見到的各類電機(jī),內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻,通電會(huì)產(chǎn)生損耗,損耗大小與電阻和電流的平方成正比,這就是我們常說的銅損,如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波,還會(huì)產(chǎn)生諧波損耗;鐵心有磁滯渦流效應(yīng),在交變磁場中也會(huì)產(chǎn)生損耗,其大小與材料,電流,頻率,電壓有關(guān),這叫鐵損。銅損和鐵損都會(huì)以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來,從而影響電機(jī)的效率。步進(jìn)電機(jī)一般追求定位精度和力矩輸出,效率比較低,電流一般比較大,且諧波成分高,電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化,因而步進(jìn)電機(jī)普遍存在發(fā)熱情況,且情況比一般交流電機(jī)嚴(yán)重。



步進(jìn)電機(jī)的主要構(gòu)造


步進(jìn)電機(jī)也叫步進(jìn)器,它利用電磁學(xué)原理,將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,人們早在20世紀(jì)20年代就開始使用這種電機(jī)。隨著嵌入式系統(tǒng)(例如打印機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、玩具、雨刷、震動(dòng)尋呼機(jī)、機(jī)械手臂和錄像機(jī)等)的日益流行,步進(jìn)電機(jī)的使用也開始暴增。不論在工業(yè)、軍事、醫(yī)療、汽車還是娛樂業(yè)中,只要需要把某件物體從一個(gè)位置移動(dòng)到另一個(gè)位置,步進(jìn)電機(jī)就一定能派上用場。步進(jìn)電機(jī)有許多種形狀和尺寸,但不論形狀和尺寸如何,它們都可以歸為兩類:可變磁阻步進(jìn)電機(jī)和永磁步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是由一組纏繞在電機(jī)固定部件--定子齒槽上的線圈驅(qū)動(dòng)的。通常情況下,一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管,而在電機(jī)中,繞在齒上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。


步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語


1、相數(shù):產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用m表示。

2、拍數(shù):完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示,或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù),以四相電機(jī)為例,有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

3、步距角:對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào),電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度/(轉(zhuǎn)子齒數(shù)*運(yùn)行拍數(shù)),以常規(guī)二、四相,轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步),八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)。

4、定位轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在不通電狀態(tài)下,電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的)。

5、靜轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下,電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積的標(biāo)準(zhǔn),與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比,與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān),但過分采用減小氣隙,增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的,這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。



步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)術(shù)語


1、步距角精度:步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器每轉(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%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同,四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi),八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。

2、失步:電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù),不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

3、失調(diào)角:轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角,由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差,采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。

4、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,能夠直接起動(dòng)的最大頻率。

5、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)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

6、運(yùn)行矩頻特性:電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性,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)。其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。 電機(jī)一旦選定,電機(jī)的靜力矩確定,而動(dòng)態(tài)力矩卻不然,電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流(而非靜態(tài)電流),平均電流越大,電機(jī)輸出力矩越大,即電機(jī)的頻率特性越硬。要使平均電流大,盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓,采用小電感大電流的電機(jī)。

7、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)子式的共振區(qū)一般在180-250pps之間(步距角1.8度)或在400pps左右(步距角為0.9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)輸出電矩大,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。

8、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制:當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA或()時(shí)為正轉(zhuǎn),通電時(shí)序?yàn)镈A-CD-BC-AB或()時(shí)為反轉(zhuǎn)。


步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的主要特點(diǎn)


1、一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%,且不累積。

2、步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。

步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁,從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步,因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn);一般來講,磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上,有的甚至高達(dá)攝氏200度以上,所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。

3、步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢;頻率越高,反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下,電機(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小,從而導(dǎo)致力矩下降。

4、步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。

步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù):空載啟動(dòng)頻率,即步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率,如果脈沖頻率高于該值,電機(jī)不能正常啟動(dòng),可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下,啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng),脈沖頻率應(yīng)該有加速過程,即啟動(dòng)頻率較低,然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速)。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn),在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高,步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。



步進(jìn)電機(jī)的主要特性


1、步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn),驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào),沒有脈沖的時(shí)候,步進(jìn)電機(jī)靜止,如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號(hào),就會(huì)以一定的角度(稱為步角)轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。

2、三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5度,一圈360度,需要48個(gè)脈沖完成。

3、步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)和急速停止的優(yōu)越特性。

4、改變脈沖的順序,可以方便的改變轉(zhuǎn)動(dòng)的方向。

因此,打印機(jī)、繪圖儀、機(jī)器人等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為動(dòng)力核心。


步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)和缺陷


優(yōu)點(diǎn)

1、電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù);

2、電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩(當(dāng)繞組激磁時(shí));

3、由于每步的精度在百分之三到百分之五,而且不會(huì)將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動(dòng)的重復(fù)性;

4、優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng);

5、由于沒有電刷,可靠性較高,因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命;

6、電機(jī)的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定,因而可以采用開環(huán)控制,這使得電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本;

7、僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn);

8、由于速度正比于脈沖頻率,因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。


缺陷

1、如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振;

2、難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速;

3、難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩;

4、在體積重量方面沒有優(yōu)勢,能源利用率低;

5、超過負(fù)載時(shí)會(huì)破壞同步,高速工作時(shí)會(huì)發(fā)出振動(dòng)和噪聲。


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