步进电机原理.docx

步进电机结构和工作原理步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。步进电机的最大特点是其“数字性”，对于微电脑发过来的每一个脉冲信号，步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度（简称一步），如下图所示。如接收到一串脉冲步进电机将连续运转一段相应距离。同时您可通过控制脉冲频率，直接对电机转速进行控制。由于步进电机工作原理易学易用，成本低（相对于伺服）、电机和驱动器不易损坏，非常适合于微电脑和单片机控制，因此近年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的应用.本文将向用户简述步进电机的基本结构和工作原理，举例说明步进电机驱动器的工作原理，直线步进电机的结构和工作原理。步进电机的种类和特点步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式(Hybrid Stepping,HS)。? 反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。 ? 永磁式： 永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。 ? 混合式： 混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步矩角小，但结构复杂、成本相对较高。 按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占 97% 以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步矩角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步矩角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步矩角可细分达256倍（0.007°）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。1. 基本结构：2. 工作原理：简单的讲，步进电机驱动器根据外来的脉冲，通过其内部的逻辑电路控制步进电机的绕组按一定的次序正反通电，从而实现其运转。以两相1.8度，步进电机为例，其主要分为4线（双极性），6线（单极性）两种方式：线（双极性）电机，当其绕组的通电方向顺序按照AC-BD-CA-DB 四个状态周而复始进行变化，每变化一次，电机运转一步,即1.8度。6线（单极性）电机，当其绕组的通电方向顺序按照OA-OB-OC-OD 四个状态周而复始进行变化，每变化一次，电机运转一步,即1.8度。? 以上仅仅是一个原理性的介绍，实际的运行中会有很多复杂的情况产生，其相应的控制方式也有很多种，如果需要特殊的帮助，可以和上海运控公司联系。步进电机的基本原理电机将电能转换成机械能，步进电机将电脉冲转换成特定的旋转运动。每个脉冲所产生的运动是精确的，并可重复，这就是为什么步进电机在定位应用中如此有效的原因。 图2显示了一个两相电机的典型的步进顺序。在第1步中，两相定子中的A相被通电，因异性相吸，其磁场将转子固定在图示位置。当A相关闭、B相被通电时，转子顺时针旋转90°。在第3步中，B相关闭、A相被通电，但极性与第1步相反，这促使转子再次旋转90°。在第4步中，A相关闭、B相通电，极性与第2步相反。重复该顺序促使转子按90°的步距角顺时针旋转。图2中显示的步进顺序称为“单相通电”步进。更常用的步进方法是“双相通电”，即电机的两相一直通电。但是，一次只能转换一相的极性，见图3所示。两相步进时，转子与定子两相之间的轴线处对直。由于两相一直通电，本方法比“单相通电”步进多提供了41.1%的力矩，但输入功率为2倍。半步步进电机也可以转换相位之间插入一个关闭状态而走“半步”。这将步进电机的整个步距角一分为二。例如，一个90°的步进电机将每半步移动45°，见图4。但是，与“两相通电”相比，半步进通常导致15%-30%的力矩损失（取决于步进速率）。在每交换半步的过程中，由于其中一个绕组没有通电，所以作用在转子上的电磁力要小，造成了力矩的净损失。 双极性绕组二相通电步进顺利利用了一种“双极性线圈绕组”的方法，每极只有一个绕组，通过改变绕组中的电流方向，从而改变相应极上的电磁极性，典型的两相双极驱动的输出步骤在电器原理图和下面图5中的步进顺序中有进一步阐述。双极性步进Q2-Q3Q1-Q4Q6-Q7Q5-Q81ONOFFONOFF2OFFONONOFF3OFFONOFFON4ONOFFOFFON1ONOFFONOFF单极性绕组另一常用绕组是单极性绕组，每个电极上饶有两个绕组，当一个绕组通电时，产生被磁场，另一个绕组通电则产生南磁场，因为从驱动器到线圈的电流不会反向，所以可称为单极性绕组。该方法下电机的步进顺序见图6所示。通过