步進(jìn)電機(jī)的種類及其工作原理實(shí)用教案

1、步進(jìn)電演示(ynsh)動(dòng)畫第1頁(yè)/共20頁(yè)第一頁(yè)，共21頁(yè)。步進(jìn)電機(jī)(dinj)的特點(diǎn)1、可以用數(shù)字信號(hào)直接進(jìn)行開環(huán)控制，整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)。2、位移與輸入脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)，步距誤差不長(zhǎng)期積累，可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高精度的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3、無刷，電動(dòng)機(jī)本體部件少，可靠性高。4、易于起動(dòng)，停止，正反轉(zhuǎn)及速度響應(yīng)性好。5、停止時(shí)可有自鎖能力。6、步距角可在大范圍內(nèi)選擇，在小步距情況下，通?？梢栽诔娃D(zhuǎn)速下高轉(zhuǎn)距穩(wěn)定運(yùn)行(ynxng)，通?？梢圆唤?jīng)減速器直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 7、速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可使它們完全同步運(yùn)

2、行(ynxng)。8、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶慣性負(fù)載能力較差。9、由于存在失步和共振，步進(jìn)電機(jī)的加減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜化。 第2頁(yè)/共20頁(yè)第二頁(yè)，共21頁(yè)。步進(jìn)電機(jī)(dinj)的種類一、可變磁阻型(VR型Variable Reluctivity Type)。又稱作反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。 其定子與轉(zhuǎn)子由鐵芯構(gòu)成(guchng)，沒有永久磁鐵，定子上嵌有線圈轉(zhuǎn)于在定子與轉(zhuǎn)子磁阻最小位置上轉(zhuǎn)動(dòng)，并由此而得名可變磁阻型。 這類電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)子直徑小，有利于高速響應(yīng)。由于 該類電機(jī)的定子與轉(zhuǎn)子均不含永久磁鐵，故無勵(lì)磁時(shí)沒有保持力。 這種電機(jī)具有制造成本高、效率低、轉(zhuǎn)子的阻尼差、噪聲大等缺點(diǎn)。 制造

3、材料費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、步距角小。第3頁(yè)/共20頁(yè)第三頁(yè)，共21頁(yè)。步進(jìn)電機(jī)(dinj)的種類二、永磁型(PM型一Permanent Magnet Type) PM型步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子采用永久磁鐵(cti)、定子采用軟磁鋼制成，繞組輪流通電，建立的磁場(chǎng)與永久磁鐵(cti)的恒定磁場(chǎng)相互吸引與排斥產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 這種電機(jī)由于采用了永久磁鐵(cti)，即使定子繞組斷電也能保持一定轉(zhuǎn)矩。 PM型電機(jī)的特點(diǎn)是勵(lì)磁功率小、效率高、造價(jià)便宜，因此需要量也大。由于轉(zhuǎn)子磁鐵(cti)的磁化間距受到限制，難于制造，故步距角較大。第4頁(yè)/共20頁(yè)第四頁(yè)，共21頁(yè)。步進(jìn)電機(jī)(dinj)的種類三、混合型(HB型一Hybrid

4、Type)轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁體上嵌有永久磁鐵，可以說是永磁型和可變磁阻型相結(jié)合的一種形式。故稱為混合型步進(jìn)電機(jī)。它不僅具有VR型步進(jìn)電機(jī)步距角小、響應(yīng)頻率高的優(yōu)點(diǎn)(yudin)，而且還具有PM型步進(jìn)電機(jī)勵(lì)磁功率小、效率高的優(yōu)點(diǎn)(yudin)。第5頁(yè)/共20頁(yè)第五頁(yè)，共21頁(yè)。步進(jìn)電機(jī)的工作(gngzu)原理單三拍第6頁(yè)/共20頁(yè)第六頁(yè)，共21頁(yè)。第7頁(yè)/共20頁(yè)第七頁(yè)，共21頁(yè)。第8頁(yè)/共20頁(yè)第八頁(yè)，共21頁(yè)。第9頁(yè)/共20頁(yè)第九頁(yè)，共21頁(yè)。步進(jìn)電機(jī)(dinj)的工作原理 三相(sn xin)六拍第10頁(yè)/共20頁(yè)第十頁(yè)，共21頁(yè)。第11頁(yè)/共20頁(yè)第十一頁(yè)，共21頁(yè)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要(zhyo)性

5、能指標(biāo) 最大靜轉(zhuǎn)矩Mjmax(Nm) 它表示了步進(jìn)電機(jī)承受負(fù)載的能力。Mjmax越大，其帶負(fù)載能力越強(qiáng)，運(yùn)行的快速性及穩(wěn)定性也越好。 空載起動(dòng)頻率fq(步/秒) 它是衡量步進(jìn)電機(jī)快速性能的重要技術(shù)數(shù)據(jù)(shj)。 起動(dòng)矩頻特性 起動(dòng)頻率fq隨負(fù)載力矩M下降的關(guān)系曲線稱為起動(dòng)矩頻特性 空載運(yùn)行頻率fmax(步/秒) 運(yùn)行矩頻特性 它是衡量步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)承載能力的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。 第12頁(yè)/共20頁(yè)第十二頁(yè)，共21頁(yè)。四、步進(jìn)電機(jī)(dinj)驅(qū)動(dòng)器 (1)環(huán)形脈沖分配器。步進(jìn)電機(jī)的各相繞組必須按一定的順序通電才能正常工作(gngzu)。這種使電機(jī)繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器，又稱

6、環(huán)形脈沖分配器。第13頁(yè)/共20頁(yè)第十三頁(yè)，共21頁(yè)。四、步進(jìn)電機(jī)(dinj)驅(qū)動(dòng)器 (2)功率放大器。從計(jì)算機(jī)輸出口或從環(huán)形分配器輸出的信號(hào)脈沖電流一般只有幾個(gè)毫安，不能直接驅(qū)動(dòng)(q dn)步進(jìn)電機(jī)，必須采用功率放大器將脈沖電流進(jìn)行放大，使其增大到幾至十幾安培，從而驅(qū)動(dòng)(q dn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于電機(jī)各相繞組部是繞在鐵芯上的線圈，所以電感較大，繞組通電時(shí)，電流上升率受到限制。因而影響電機(jī)繞組電流的大小。繞組斷電時(shí)，電感中磁場(chǎng)的儲(chǔ)能元件將維持繞組中已有的電流不能突變，在繞組斷電時(shí)會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)為使電流盡快衰減，并釋放反電動(dòng)勢(shì)，必須增加適當(dāng)?shù)睦m(xù)流回路。 步進(jìn)電機(jī)所使用的功率放大電路有電壓型和電

7、流型。電壓型又有單電壓型、雙電壓型(高低壓型)。電流型中有恒流驅(qū)動(dòng)(q dn)、斬波驅(qū)動(dòng)(q dn)等。第14頁(yè)/共20頁(yè)第十四頁(yè)，共21頁(yè)。四、步進(jìn)電機(jī)(dinj)驅(qū)動(dòng)器（3）細(xì)分驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)的各種功率放大電路都是按照環(huán)形分配器決定的分配方式、控制電機(jī)各相繞組的導(dǎo)通或截止，從而使電機(jī)產(chǎn)生步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，步距角的大小只有兩種，即整步工作或半步工作。步距角已由步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)( jigu)所確定。如果要求步進(jìn)電機(jī)有更小的步距用或者為減小電機(jī)振動(dòng)、噪聲等原因，可以在每次輸入脈沖切換時(shí)，不是將繞組電流全部通入或去除，而是只改變相應(yīng)繞組中額定的一部分，則電機(jī)轉(zhuǎn)子的每步運(yùn)動(dòng)也只有步距角的一部分。這里繞組電流不

8、是一個(gè)方波，而是階梯波，額定電流是臺(tái)階式的投入或切除，電流分成多少個(gè)臺(tái)階，則轉(zhuǎn)子就以同樣的個(gè)數(shù)轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這樣將一個(gè)步距角細(xì)分成若干步的驅(qū)動(dòng)方法稱為細(xì)分驅(qū)動(dòng)。細(xì)分驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)是在不改動(dòng)電機(jī)結(jié)構(gòu)( jigu)參數(shù)的情況下，能使步距角減小。第15頁(yè)/共20頁(yè)第十五頁(yè)，共21頁(yè)。五、步進(jìn)電機(jī)(dinj)的控制 步進(jìn)電機(jī)的控制電路可以采用硬件方式構(gòu)成，這種情況下，如果需要變動(dòng)控制功能，則又須重新設(shè)計(jì)硬件電路，因此靈活性差、調(diào)整困難。計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)為步進(jìn)電機(jī)的控制開辟了新的途徑。原來由硬件線路實(shí)現(xiàn)的控制，都可方便地由相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序模塊來實(shí)現(xiàn)。這樣不但(bdn)使控制功能增強(qiáng)，使電路簡(jiǎn)化、成本降低，而

9、且可靠性也大大提高。 控制計(jì)算機(jī)I/O接口板步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電機(jī)第16頁(yè)/共20頁(yè)第十六頁(yè)，共21頁(yè)。1速度(sd)控制 引起步進(jìn)電機(jī)的失步的原因有兩種，一種是由于過載(guzi)所致，另一種是啟、停過程中的升速運(yùn)動(dòng)。速度控制就是如何使步進(jìn)電機(jī)快速不失步地升頻到高的工作頻率，不失步地快速降至停止?fàn)顟B(tài)。 定時(shí)法 定步法第17頁(yè)/共20頁(yè)第十七頁(yè)，共21頁(yè)。2位置(wi zhi)控制 對(duì)步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)位置控制的方法是，首先按照機(jī)械傳動(dòng)關(guān)系，求出絲桿位移量與步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角的關(guān)系，從而(cng r)得到一定直線位移量所對(duì)應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角，并根據(jù)步距角的大小換算為步進(jìn)電機(jī)所應(yīng)轉(zhuǎn)過的步數(shù)，將該步數(shù)賦給一變量，當(dāng)電機(jī)每進(jìn)給一步，控制程序自動(dòng)完成減一運(yùn)算，并判斷是否為零。如不為零，則繼續(xù)進(jìn)給加工；若為零，則停止進(jìn)給加工，即停止電機(jī)的運(yùn)行。第18頁(yè)/共20頁(yè)第十八頁(yè)，共21頁(yè)。 第19頁(yè)/共20頁(yè)第十九頁(yè)，共21頁(yè)。謝謝您的觀看(gunkn)！第20頁(yè)/共20頁(yè)第二十頁(yè)，共21頁(yè)。NoImage內(nèi)容(nirng)總結(jié)步進(jìn)電演示動(dòng)畫。7、速度可在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑(pnghu)調(diào)節(jié)，同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可使它們完全同步運(yùn)行