874380937步进电机论文.doc
《874380937步进电机论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《874380937步进电机论文.doc(20页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、 前 言 步进电机可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。步进电机作为制执行元件,是电气自动化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统和精密机械等领域。例如,在仪器仪表,机床设备以及计算机的外围设备中(如打印机和绘图仪等),凡需要对转角进行精确控制的情况下,使用步进电机最为理想。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。 上个世纪就出现了步进电动机,它是一种可以自由回转的电磁铁,动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别,也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。在本世纪初,由于资本主义列强争夺殖民地,造船工业发展很快,同时也使得步进电动机的技术得
2、到了长足的进步。到了80年代后,由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现,步进电动机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路,不仅调试安装复杂,要消耗大量元器件,而且一旦定型之后,要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机,更好地挖掘出电动机的潜力。因此,用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势,也符合数字化的时代趋势。 步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机靠一种叫环形分配器的电子开关器件,通过功率放大器使励磁绕组按照顺序轮流接通直流电源。由于励磁绕组在空间中按一定的规律排列,轮流和直流电源接通
3、后,就会在空间形成一种阶跃变化的旋转磁场,使转子步进式的转动,随着脉冲频率的增高,转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机和单相式步进电机等。其中反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。现阶段,反应式步进电机获得最多的应用。 步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式,正是这个特点,步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使
4、用步进电机,步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候,甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。 步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。它最大的应用是在数控机床的制造中,因为步进电机不需要A/D转换,能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移,所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小,无法满足需要,在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。随着步进电动机技术的发展,步进电动机已经能够单独在系统上进行使用,成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机,在这个应用中,步进电动机可以同时完成两个工作,其一是传递转矩,其二是传
5、递信息。步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用,步进电机也可以并用在其他的机械上,比如作为自动送料机中的马达,作为通用的软盘驱动器的马达,也可以应用在打印机和绘图仪中。 步进电动机以其显著的特点,在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高,步进电机将会在更多的领域得到应用。 第一章 步进电动机原理根据机电能量转换原理,步进电动机与通常的的交流或直流电动机无异,是将电能变成机械能的电磁元件。但它的运行原理等方面存在特殊性。所以我们在使用前必须先了解其原理,才能在设计时灵活运用。 1。1 步进电动机的分类1。
6、按工作原理分类:激磁式(电磁式) 步进电动机的定子和转子均有绕组,靠电磁力矩使转子动。反应式(磁阻式)图1 转子无绕组,定子绕组励磁后产生反应力矩,使转子转动。永磁式 图2 转子和定子的某一方具有永久磁钢,另一方由软磁材料制成。绕组轮流通电,建立的磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。混合式(永磁感应式)图1图22。 按输出转矩的大小分类: 1快速步进电动机 电动机的输出转矩一般为0。074Nm,可以控制小型精密机床的工作台,例如线切割机床。2功率步进电动机 电动机的输出转矩一般为540Nm,可直接驱动机床的移动部件。此外,按励磁相数可分为三相、四相、五相、六相、等等。相数越多,步距角越小
7、,但结构越复杂。按运动方式分为旋转运动、直线运动、平面运动等。按定子排列还可分为径向式(单段式)和轴向(多段式),轴向式的转动惯量小,快速性和稳定性好,功率步进电动机多为轴向式。 1。2 步进电动机的结构与原理 1结构特点步进电动机由定子和转子两大部分组成。我们以三相步进电动机为例。三相反应式步进电动机的结构简图(如图3)所示,定子有六个磁极,每相对磁极构成一相控制绕组 ,转子上有均布的四个齿。 图-32 工作原理 步进电动机的工作原理,其实就是电磁铁的工作原理,当U相通电,V、W相不通电,如图3所示,1、3齿与U相对齐;当V相通电,U、W相不通电,如图3所示,2、4齿与V相对齐;当W相通电,
8、U、V相不通电,如图3所示,1、3齿与W相对齐。由此可见,当通电顺序为UV WU V 时,转子便顺时针方向一步一步地转动,通电状态每换接一次,转子前进一步,一步对应的角度称为步距角。电流换接三次,磁场旋转一周,转子前进一个齿距的位置,一个齿距所对应的角度称为齿距角(此例中齿距角为90度)当改变通电顺序时,将改变转子的转向。通电方式单相轮流通电方式每次切换前后只有一相绕组通电。在这种通电方式下,电动机工作的 稳定性较差,容易失步。上述例子即为单向轮流通电方式,称为三相单三拍通电。单双相轮流通电方式 上述两种通电方式的组合。即通电方式为:U UV V VWW WU U 称为三相六拍通电,如图-4所
9、示。 三相六拍通电方式的步距角减小一倍。图-41。3 步进电动机的选择 我们在选择步进电动机的时候,要先要了解它的性能和特点。具体的反映在一些参数上。步进电机的一些基本参数:电机固有步距角: 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如86BYG250A型电机给出的值为0。9/1。8(表示半步工作时为0。9、整步工作时为1。8),这个步距角可以称之为电机固有步距角,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。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,一般二相电
10、机的步距角为0。9/1。8、三相的为0。75/1。5、五相的为0。36/0。72 。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则相数将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。保持转矩(HOLDING TORQUE):是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一,通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减,输出功率也随速度的增大而变化,所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如,当人们说2N。m的步进电机,在没有特殊说明的情况下是指保
11、持转矩为2N。m的步进电机。DETENT TORQUE:是指步进电机没有通电的情况下,定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式,容易使大家产生误解;由于反应式步进电机的转子不是永磁材料,所以它没有DETENT TORQUE。步进电机的一些特点:1一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。2步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至于失步,因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;一般来讲,磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上,有的甚至高达摄氏200度以上,所以步进电机外表温度在摄氏80-9
12、0度完全正常。3步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。4步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。 第二章 方案选
13、择在设计步进电动机的驱动系统前我们应该针对工作所面对的对象选择正确的方案,首先要清楚开环与闭环控制的区别。2。1 开环控制与闭环控制一般而言,步进电机的控制方式可以分为开环控制和闭环控制两种。开环控制的步进电机驱动系统的输入脉冲不依赖与转子的位置,而是事先按一定规律给定的。在这里,负载位置对控制电路没有反馈,因此步进电机必须正确的响应每次励磁变化,如果励磁变化太快,电机不能够移动到新的要求位置,那么实际的负载位置相对控制器所期待的位置将出现永久误差。如果负载参数基本上不随时间变化,那么相与相之间控制信号的延时设置比较简单,但是在负载可能变化的应用场合下,延时必须以最坏的情况进行设定。并且这样确
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 874380937 步进 电机 论文
链接地址:https://www.31doc.com/p-11070904.html