運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試（第2版）課件 4.2.1 步進(jìn)電機(jī)的基本概念 b2

運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試高等教育出版社主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊(duì)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的調(diào)試四4.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本概念步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用隨著控制要求與技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)使用在很多設(shè)備上，如數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療設(shè)備、紡織印刷、雕刻機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)、激光內(nèi)雕機(jī)、電子設(shè)備、剝線機(jī)、包裝機(jī)械、廣告設(shè)備、貼標(biāo)機(jī)、恒速應(yīng)用、機(jī)器人、3D打印機(jī)等等。4.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本概念1.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定義步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)角位移或直線位移的轉(zhuǎn)換裝置，是一種專門用于速度和位置精確控制的特種電動(dòng)機(jī)，是開環(huán)伺服系統(tǒng)的最后執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖，電動(dòng)機(jī)軸就轉(zhuǎn)過一個(gè)固定的角度（稱為步距角），即常說的走了一步。如果連續(xù)不斷地輸入脈沖信號(hào)，電動(dòng)機(jī)軸則一步一步地連續(xù)進(jìn)行角位移，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也就旋轉(zhuǎn)起來了。當(dāng)終止脈沖信號(hào)的輸入，電動(dòng)機(jī)將立刻無慣性地停止運(yùn)動(dòng)；如果此時(shí)電動(dòng)機(jī)的工作電源尚未斷開，電動(dòng)機(jī)軸則處于不能自由旋轉(zhuǎn)的鎖定（定位）狀態(tài)。所以，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)有運(yùn)轉(zhuǎn)和定位兩種基本運(yùn)行狀態(tài)。步進(jìn)電機(jī)的分類

具體類型按力矩產(chǎn)生的原理反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，由被勵(lì)磁的定子繞組產(chǎn)生反應(yīng)力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行勵(lì)磁式：定、轉(zhuǎn)子均有勵(lì)磁繞組（或轉(zhuǎn)子用永磁鋼，即“永磁式”），由電磁力矩實(shí)現(xiàn)步進(jìn)運(yùn)行混合式：綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料（性能全面，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高）按輸出力矩的大小伺服式：輸出力矩小，只能驅(qū)動(dòng)較小的負(fù)載，要與液壓轉(zhuǎn)矩放大器配合使用，才能驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大的負(fù)載功率式：輸出力矩在5~5N.m以上，可以直接驅(qū)動(dòng)機(jī)床工作臺(tái)等較大負(fù)載按定子數(shù)單定子、雙定子、三定子、多定子按各相繞組分布徑向分布式：電動(dòng)機(jī)各相按圓周依次排列軸向分布式：電動(dòng)機(jī)各相按軸向依次排列4.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本概念步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)4.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本概念①過載性好。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)，其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)（非超載）就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況。②精度高。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，從而準(zhǔn)確定位。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步距角的3-5%，且不累積。步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)4.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本概念③控制方便。數(shù)字特征比較明顯，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。④整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。傳統(tǒng)的速度和位置需要精確控制的機(jī)械裝置的結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。⑤步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。⑥步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)。4.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本概念4.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展①第一臺(tái)電磁式（磁阻式、反應(yīng)式）步進(jìn)電機(jī)于1882年由法國(guó)科學(xué)家發(fā)明。20世紀(jì)初，電磁式步進(jìn)電機(jī)得到了進(jìn)一步的發(fā)展和改進(jìn)，例如增加線圈數(shù)目、改善磁路結(jié)構(gòu)等，使其性能和精度有了顯著提升。②勵(lì)磁式（磁滯式）步進(jìn)電機(jī)是20世紀(jì)40年代出現(xiàn)的一種新型步進(jìn)電機(jī)。勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的出現(xiàn)使步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得到了更廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用永磁轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，使定子脈沖電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子永磁磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行。磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)不得少于三相，而永磁和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多的則是兩相。利用磁通尋找最小路徑4.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本概念③混合式步進(jìn)電機(jī)是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一種新型步進(jìn)電機(jī)。它結(jié)合了電磁式步進(jìn)電機(jī)和勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，混合式步進(jìn)電機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了步進(jìn)電機(jī)在精密儀器、醫(yī)療設(shè)備、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。④直線步進(jìn)電機(jī)是21世紀(jì)初出現(xiàn)的一種新型步進(jìn)電機(jī)。與傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)不同，直線步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是直線運(yùn)動(dòng)的，可用于實(shí)現(xiàn)直線定位和運(yùn)動(dòng)控制。直線步進(jìn)電機(jī)具有高精度、高速度和高加速度等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、印刷設(shè)備、光刻機(jī)等領(lǐng)域。4.2.1步進(jìn)電機(jī)的基本概念③混合式步進(jìn)電機(jī)是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的一種新型步進(jìn)電機(jī)。它結(jié)合了電磁式步進(jìn)電機(jī)和勵(lì)磁式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，混合式步進(jìn)電機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了步進(jìn)電機(jī)在精密儀器、醫(yī)療設(shè)備、數(shù)控機(jī)床等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。④直線步進(jìn)電機(jī)是21世紀(jì)初出現(xiàn)