步進電機及驅(qū)動器原理_圖文

1、步進電機及驅(qū)動器原理步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動化設(shè)備中。步進電機和普通電動機不同之處在于它是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)，它同時完成兩個工作：一是傳遞轉(zhuǎn)矩，二是控制轉(zhuǎn)角位置或速度。1 步進電機工作原理 2步進電機結(jié)構(gòu) 圖1.2 步進電機結(jié)構(gòu)圖3驅(qū)動器原理步進電機必須有驅(qū)動器和控制器才能正常工作。驅(qū)動器的作用是對控制脈沖進行環(huán)形分配、功率放大，使步進電機繞組按一定順序通電，控制電機轉(zhuǎn)動。 圖1.3 步進電機控制系統(tǒng)以兩相步進電機為例，當(dāng)給驅(qū)動器一個脈沖信號和一個正方向信號時，驅(qū)動器經(jīng)過環(huán)形分配器和功率放大后，給電機繞組通電的順序為，其四個狀態(tài)周

2、而復(fù)始進行變化，電機順時針轉(zhuǎn)動；若方向信號變?yōu)樨?fù)時，通電時序就變?yōu)? 電機就逆時針轉(zhuǎn)動。 圖1.4 步進電機驅(qū)動電路原理圖分析步進電機驅(qū)動電路原理圖1.4，當(dāng)T 導(dǎo)通時有：R 為電路中存在的等效電阻。如果，電機不轉(zhuǎn)動，感應(yīng)電動勢E 0，則：隨著電子技術(shù)的發(fā)展，功率放大電路由單電壓電路、高低壓電路發(fā)展到現(xiàn)在的斬波電路。其基本原理是：在電機繞組回路中，串聯(lián)一個電流檢測回路，當(dāng)繞組電流降低到某一下限值時，電流檢測回路發(fā)出信號，控制高壓開關(guān)管導(dǎo)通，讓高壓再次作用在繞組上，使繞組電流重新上升；當(dāng)電流回升到上限值時，高壓電源又自動斷開。重復(fù)上述過程，使繞組電流的平均值增加，電流波形的波頂維持在預(yù)定數(shù)值上，

3、解決了高低壓電路在低頻段工作時電流下凹的問題，使電機在低頻段力矩增大。步進電機一定時，供給驅(qū)動器的電壓值對電機性能影響較大，電壓越高，步進電機轉(zhuǎn)速越高、力矩越大；在驅(qū)動器上一般設(shè)有相電流調(diào)節(jié)開關(guān)，相電流設(shè)的越大，步進電機轉(zhuǎn)速越高、力矩越大。4細(xì)分控制原理為了提高步進電機的性能，細(xì)分驅(qū)動器已經(jīng)廣泛應(yīng)用。細(xì)分驅(qū)動器的原理是通過改變A ，B 相電流的大小，以改變合成磁場的夾角，從而可將一個步距角細(xì)分為多步。圖1.7 步進電機細(xì)分原理圖細(xì)分?jǐn)?shù)越高，電流越平滑，電機轉(zhuǎn)動就越平穩(wěn)。驅(qū)動器一般都具有細(xì)分功能，常見的細(xì)分倍數(shù)有：1/2，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64，1/256；或：1/5，1/

4、10，1/20。細(xì)分后步進電機步距角按下列方法計算：步距角 = 電機固有步距角 / 細(xì)分?jǐn)?shù)例如：一臺1.8°電機設(shè)定為4細(xì)分，其步距角為 1.8°/ 4 = 0.45°。 當(dāng)細(xì)分等級大于1/4后，電機的定位精度并不能提高，只是電機轉(zhuǎn)動更平穩(wěn)。5步進電機的術(shù)語及特點相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N 、S 磁場的勵磁線圈對數(shù)。步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移。一般二相電機的步距角為1.8度，即電機運動200步為一周。靜力矩（HOLDING TORQUE）：是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近于

5、靜力矩。定位力矩（DETENT TORQUE）：是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：（誤差/步距角） 100%。步進角的誤差不累積。最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負(fù)載的最高運行頻率。相電流：電機繞組所通過的電流。電機矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與脈沖頻率關(guān)系的曲線稱為電機矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。如圖2.2所示，在

6、低速時的電機力矩接近靜轉(zhuǎn)矩，隨著電機轉(zhuǎn)速增加，感應(yīng)電動勢 圖1.10中，曲線31電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，180-250pps 之間（步距角1.8度）。電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負(fù)載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。為使電機輸出力矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。丟步（失步）：控制器給電機發(fā)了n 個脈沖，步進電機并沒有轉(zhuǎn)動n 個步距角。一般當(dāng)電機力矩偏小、加速度偏大、速度偏高、摩擦力不均勻等都會是丟步現(xiàn)象發(fā)生。 步進電機的類型：現(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應(yīng)式步進電機（VR ）、永磁式步進電機（PM ）、混合式步進電機（HB ）

7、和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩；混合式步進電機是指綜合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點而設(shè)計的步進電機。它又分為兩相、三相和五相：兩相步進角一般為1.8度，三相步進角一般為1.2度，而五相步進角一般為0.72度。6步進電機及驅(qū)動器接線1） 步進電機線圈的串、并聯(lián)許多2相步進電機有8根引線，這種電機既可以串聯(lián)連接又可以并聯(lián)連接。 串聯(lián)連接的電機，線圈長度增加，力矩較大；并聯(lián)連接

8、的電機，電感較小，所以啟動、停止速度較快。注意：通過對調(diào)A 和A 在驅(qū)動器上的位置，電機就會反轉(zhuǎn)。2） 用萬用表確認(rèn)線圈極性 在沒有電機說明書時，可以用萬用表確認(rèn)電機 8 引線的極性，方法如下： A先用萬用表測量 8 個引線之間的電阻，可判斷出 4 組線圈引線； B由于只接 1、6，2、8 或 1、6，7、4 二個線圈電機也能正常轉(zhuǎn)動，所 以，在 4 個線圈中任選 2 個，接在驅(qū)動器上； 如果電機不轉(zhuǎn)，說明這 2 組線圈是 A 相線圈；另外 2 個線圈是 B 相的 2 個 線圈； 如果電機轉(zhuǎn)動，說明這 2 個線圈一個是 A 相，一個是 B 相線圈； C接 2 組線圈讓電機轉(zhuǎn)動后，再從剩下的 2 個線圈中任選一個線圈，串聯(lián) 在 A 相線圈上，如果電機電機正常轉(zhuǎn)動了，說明該線圈是 A 相的另一個線圈； 如果電機不轉(zhuǎn)，將這個線圈的正負(fù)對調(diào)后再試一次，如果電機還不轉(zhuǎn)，說明 該線圈是 B 相的另一個線圈。 D用上述同樣方法，可以確定最后一個線圈的極性。 3）步進電機驅(qū)