步進(jìn)電機(jī)工作原理及選型原則-前橋教育

2024/3/6步進(jìn)電機(jī)工作原理及選型原則主講：宣言2024/3/6步進(jìn)電動機(jī)的工作原理與特點原理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理,將脈沖信號轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機(jī)。每來一個電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機(jī)械移動一小段距離。特點：(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。

(2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。

(3)改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動方向。

(4)角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比.2024/3/6步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)注意：步進(jìn)電機(jī)通的是直流電脈沖

步進(jìn)電機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性材料構(gòu)成。定、轉(zhuǎn)子鐵心由軟磁材料或硅鋼片疊成凸極結(jié)構(gòu)，定、轉(zhuǎn)子磁極上均有小齒，定、轉(zhuǎn)子的齒數(shù)相等。其中定子有六個磁極,定子定子磁極上套有星形連接的三相控制繞組，每兩個相對的磁極為一相，組成一相控制繞組,轉(zhuǎn)子上沒有繞組。轉(zhuǎn)子上相鄰兩齒間的夾角稱為齒距角2024/3/6工作方式步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y型（2）三相繞組中的通電順序為：A相

B相

C相通電順序也可以為：

A相

C相

B相

2024/3/6（3）工作過程引轉(zhuǎn)子，由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產(chǎn)生切向力而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A相通電，A方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊。CA'BB'C'A34122024/3/6CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30

；1C'342CA'BB'AC相通電再轉(zhuǎn)30

2024/3/6這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30

。此角稱為步距角，用

S表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。2024/3/6二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：

A

AB

B

BC

C

CA

A

共六拍。工作過程：A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A34122024/3/6所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°。（1）BB'磁場對2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。A、B相同時通電（2）AA'磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。CA'BB'C'A34122024/3/6總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為15

。CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15

。2024/3/6三、三相雙三拍三相繞組的通電順序為：

AB

BC

CA

AB

共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電2024/3/6以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30

，即

S=30

。CA通電CA'BB'C'A34122024/3/6步進(jìn)電機(jī)通過一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。N:一個周期的運行拍數(shù),即通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：Zr=40,N=3時步距角拍數(shù)：N=kmk=1單拍制2雙拍制m:相數(shù)2024/3/6轉(zhuǎn)速每輸入一個脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)過即轉(zhuǎn)過整個圓周的1/(ZrN）,也就是1/(ZrN）轉(zhuǎn)因此每分鐘轉(zhuǎn)過的圓周數(shù)，即轉(zhuǎn)速為步距角一定時，通電狀態(tài)的切換頻率越高，即脈沖頻率越高時，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。脈沖頻率一定時，步距角越大、即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周所需的脈沖數(shù)越少時，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速越高。步進(jìn)電機(jī)選型原則1.步距角確認(rèn)2.電機(jī)轉(zhuǎn)矩＞負(fù)載轉(zhuǎn)矩3.2024/3/61.電機(jī)最大轉(zhuǎn)速選擇步進(jìn)電機(jī)最大速度一般在600～1000rpm。機(jī)械傳動系統(tǒng)要根據(jù)此參數(shù)設(shè)計。注明：1.最大轉(zhuǎn)速由負(fù)載的行程或者負(fù)載的轉(zhuǎn)速確定。2.負(fù)載行程的行程及轉(zhuǎn)速由生產(chǎn)量或者節(jié)拍確定。例題：如下圖，滾軸絲桿驅(qū)動水平負(fù)載，效率為90%，負(fù)載重量為40千克，為了滿足生產(chǎn)量，最大Vmax=0.6m/s。試判斷能否選擇步進(jìn)電機(jī)作為動力源。解：因電機(jī)直聯(lián)最大Vmax=0.6m/s，螺距PB=10mm,則:由V=n*PB/60(n單位:r/min)得n=60*V/PB

=60X0.6X1000/10=3600r/min>1000rpm所以選擇導(dǎo)程10mm，此處不能選擇步進(jìn)。2.電機(jī)步距角選擇：機(jī)械傳動比確定后，可根據(jù)控制系統(tǒng)的定位精度選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角及驅(qū)動器的細(xì)分等級。一般選電機(jī)的一個步距角對應(yīng)于系統(tǒng)定位精度的1/2或更小。注意：當(dāng)細(xì)分等級大于1/4后，步距角的精度不能保證。例題：如下圖，滾軸絲桿驅(qū)動水平負(fù)載，效率為90%，負(fù)載重量為40千克，為了滿足生產(chǎn)量，最大Vmax=0.1m/s。定位精度±0.5mm/500mm。試確定步進(jìn)電機(jī)的步距角。解：已知定位精度