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步进电动机驱动系统的基本知识

2012-11-05 14:24
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    1、系统常识:步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电动机驱动系统的性能,不但取决于步进电动机自身的性能,也取决于步进电动机驱动器的优劣。对步进电动机驱动器的研究几乎是与步进电动机的研究同步进行的。

  2、系统概述:步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号(来自控制器),它就驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度(称为步距角),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

  3、系统控制:步进电动机不能直接接到直流或交流电源上工作,必须使用专用的驱动电源(步进电动机驱动器)。控制器(脉冲信号发生器)可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

  4、用途:步进电动机是一种控制用的特种电机,作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,随着微电子和计算机技术的发展(步进电动机驱动器性能提高),步进电动机的需求量与日俱增。步进电动机在运行中精度没有积累误差的特点,使其广泛应用于各种自动化控制系统,特别是开环控制系统。

  5、步进电机按结构分类:步进电动机也叫脉冲电机,包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)等。

  (1)反应式步进电动机:也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电动机。其定子和转子均由软磁材料制成,定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组,定、转子周边均匀分布小齿和槽,通电后利用磁导的变化产生转矩。一般为三、四、五、六相;可实现大转矩输出(消耗功率较大,电流最高可达20A,驱动电压较高);步距角小;断电时无定位转矩;电机内阻尼较小,单步运行(指脉冲频率很低时)震荡时间较长;启动和运行频率较高。

  (2)永磁式步进电动机:通常电机转子由永磁材料制成,软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组,定、转子周边没有小齿和槽,通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转矩。一般为两相或四相;输出转矩小(消耗功率较小,电流一般小于2A,驱动电压12V);步距角大(例如7.5度、15度、22.5度等);断电时具有一定的保持转矩;启动和运行频率较低。

  (3)混合式步进电动机:也叫永磁反应式、永磁感应式步进电动机,混合了永磁式和反应式的优点。其定子和四相反应式步进电动机没有区别(但同一相的两个磁极相对,且两个磁极上绕组产生的N、S极性必须相同),转子结构较为复杂(转子内部为圆柱形永磁铁,两端外套软磁材料,周边有小齿和槽)。一般为两相或四相;须供给正负脉冲信号;输出转矩较永磁式大(消耗功率相对较小);步距角较永磁式小(一般为1.8度);断电时无定位转矩;启动和运行频率较高;是目前发展较快的一种步进电动机。

  6、步进电动机按工作方式分类:可分为功率式和伺服式两种。

  (1)功率式:输出转矩较大,能直接带动较大负载(一般使用反应式、混合式步进电动机)。

  (2)伺服式:输出转矩较小,只能带动较小负载(一般使用永磁式、混合式步进电动机)。

  7、步进电动机的选择:

  (1)首先选择类型,其次是具体的品种与型号。

  (2)反应式、永磁式和混合式三种步进电动机的性能指标、外形尺寸、安装方法、脉冲电源种类和控制电路等都不同,价格差异也很大,选择时应综合考虑。

  (3)具有控制集成电路的步进电动机应优先考虑。

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