步进电机详解

步进电机的原理及其使用制作人：孙加冉班级：机电30801班学校：河北化工医药学院步进电机原理及使用说明一、步进电机简介二、步进电机的分类三、步进电机的一些基本参数四、步进电机的特点五、步进电机的驱动电源六、感应子式步进电机工作原理七、感应子式步进电机十、步进电机的应用十一、其他说明十二、参考文献：八、驱动控制系统组成九、步进电机的选择一、步进电机简介步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。二、步进电机的分类1、应式步进电机（VR）2、永磁式步进电机（PM）3、混合式步进电机（HB）4、单相式步进电机三、步进电机的一些基本参数1、步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。真正的步距角和驱动器有关。2、步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同3保持转矩是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。四、步进电机的特点1、输出角与输入脉冲严格成正比，且在时间长同步。步进电机的步距角不受各种干扰因素，如电压的大小、电流的数值、波形的影响，转子的速度主要取决与脉冲信号的频率，总的位移量则取决与总脉冲数。2、步进电机的转向可以通过改变通电顺序来改变。3、转子惯量小，启、停时间短。4、步进电机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电机就可以保持在该固定位置。5、步进电机的步进角有误差、转子转过一定步数以后也会出现累计误差，但转子转过一转时间以后，其累积误差为零，不会长期积累。6、与计算机接口容易，维修方便，寿命长。步进电机本身就是一个数/模转换器，能够直接接受计算机的输出的数字量。7、能量效率低，存在失步现象。五、步进电机的驱动电源1、步进电机应由专用的驱动电源来供电，由驱动电源和步进电机组成一套伺服装置来驱动负载工作。2、步进电机的驱动电源，主要包括边频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器等三个部分，如图1－4所示。六、感应子式步进电机工作原理反应式步进电机原理1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时与A偏移为1/3て对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て3、力矩：电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力F与（dФ/dθ）成正比其磁通量Ф=BrXSF与LXDXBr成正比力矩=力*半径因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。七、感应子式步进电机1、特点(1)、应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。（2）、因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。2、分类（1）、按相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。（2）、按机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准）八、驱动控制系统组成使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下：1、脉冲信号的产生脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。2、信号分配应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种。3、功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。电压对力矩影响如右：4、细分驱动器九、步进电机的选择步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1、步距角的选择2、静力矩的选择3、电流的选择综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：十、步进电机的应用1.步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。一般涉及到定位的场合都用得到。2.广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。3.步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，最先进的步进电机混合式步进电机十一、其他说明有关低频振动、升降速、机械共振、工作往复运动的误差、平面圆弧X、Y插补误差以及其他问题。具体解决办法恕不便在此叙述，可咨询厂家，根据具体情况解决。不同厂家的电机在设计、使用材料及加工工艺方面差别很大，选用步进电机应注重可靠性而轻性能、重品质而轻价格。最好采用同一生产厂家的控制器、驱动器和电机。这样便于最终客户的维护。十二、参考文献机电一体化概论（赵再军编）控制电机（李光友编）机电30801班