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步进电机工作原理

时间:2024-05-30 17:26:35来源:21ic电子网

导语:​步进电机是一种控制方式特殊的电动机。相比传统的直流电动机,步进电机具有精准定位、高转矩、高效能等优势,被广泛应用于各种自动化设备中。步进电机的工作原理可以简单地分为两个方面:磁场交互和电流施加。

  一、步进电机工作原理

  首先,步进电机通过磁场交互来产生转动。它包括两个主要部分:定子和转子。定子是由一些线圈组成的,这些线圈固定在电机的外部,通常被称为相。而转子则是电机的转动部分,它带有永磁体或者铁芯,通常被称为极。当电流通过定子的线圈时,就会产生一个磁场。这个磁场会与转子上的极相互作用,从而产生一个力矩,使得转子发生转动。这个转动的角度是由电流施加的方式和相互作用的方式决定的。

  其次,步进电机通过电流施加来实现控制。步进电机通常是按照固定的步距运动的,也就是说每次电流施加都会使转子旋转一个固定的角度。这个步距通常由电机的结构和线圈的绕组决定。一般来说,步进电机可以分为单相和多相两种类型。单相步进电机只需要一个线圈来产生磁场,因此每次施加电流,转子只会旋转固定的角度。而多相步进电机有多个线圈,通过依次施加电流来控制转子的转动。多相步进电机通常具有更高的转矩和精度。

  虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

  如今,生产步进电机的厂家的确不少,但具有专业技术人员,能够自行开发,研制的厂家却非常少,大部分的厂家只一、二十人,连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。鉴于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。

  二、步进电机和伺服电机有什么不同

  1,步进电机和伺服电机的控制精度不同。两相混合式步进电机步距角一般为1.8°,三相混合式步进电机步距角为1.2°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。

  交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。对于带标准2500线编码器的伺服电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/10000=0.036°。

  对于绝大多数用户而言,无论是机械传动精度,还是光电传感器来定位精度,都没有步进电机伺服电机的物理精度高,单方面追求电机的最高精度是没有必要的。

  2,步进电机和伺服电机矩频特性不同。

  步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在0~900RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为1000~3000RPM)以内,都能输出额定转矩。

  3,步进电机和伺服电机过载能力不同。

  4,步进电机和伺服电机运行性能不同。步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。

  5,交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。伺服电机是闭环系统,伺服驱动器可以自动修正丢失的脉冲,在堵转时也可以及时给控制器反馈,而步进电机是开环系统,必须通过足够的力矩余量来避免堵转。

  6,步进电机和伺服电机速度响应性能不同。

  7,步进电机从静止加速到工作转速需要100~2000毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,从静止加速到其额定转速3000RPM最短仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。

标签: 步进电机

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