步进电机的实物,如图2-1所示。
步进电机实物
2.2 步进电机种类
根据内部结构的不同,常见步进电机的种类主要有永磁式(PM)、反应式(VR)和混合式(HB)三种。这三种步进电机的结构,如图2-2、2-3、2-4所示。
2.2.1 永磁式(PM)步进电机源[自[751^`论`文]网·www.751com.cn/
永磁式电机的转子材质通常为永久磁铁,磁化的方向是辐向磁化。根据转子的材质进行区别,其步进角有 、 以及 、 、 、 等几种。通常永磁式电机的相数为两相,体积和转矩都比较小。
2.2.2 反应式(VR)步进电机
转子通常用软铁来制作,当各相绕组不通电流时,其保持转矩大小为零,因而转子的惯性很小、响应性极佳,但能承受的载重负荷相对有限。反应式电机通常都是三相步进电机,其优点是产生的动力很大,但缺点也很鲜明,即工作过程中振动幅度大且噪声明显,因此早在上世纪80年代,反应式步进电机已被许多国家淘汰。
2.2.3 混合式(HB)步进电机
转子由轴向磁化的磁铁制成,磁极做成复极的形式,兼备可变磁阻式步进电机和永久磁铁式步进电机的优点,精确度高、转矩大、步进角度小[2]。从字面理解,混合式步进电机即指其同时具备反应式和永磁式步进电机的特点,因而得名。混合式步进电机主要分二相和五相两种,由于这两类电机的性能和参数比较优异,因而被人们所广泛使用。
二相/五相步进电机的结构,如图2-5所示。二相/五相步进电机的性能差异见表2-1。
(a) 二相步进电机
(b) 五相步进电机
图2-5 二相/五相步进电机
表2-1 二相/五相混合式电机性能区别
二相步进电机 五相步进电机
2.3 步进电机的技术指标
步进电机的的技术指标主要包括:
2.3.1 步距角:
理论上每给步进电机输入一个电流脉冲,电机转动的角度即为步距角。
2.3.2 精度:
由于步进电机转动一圈不存在累计误差,所以这一指标指的是步距误差,即电机转子转过一个步距角产生的误差。
2.3.3 转矩:
这是步进电机参数中的一个重要指标,具体包括动转矩、静转矩及定位转矩等。步进电机中各相绕组没有电流时,其产生的最大电磁转矩即为定位传矩。动转矩指电机转子转动时产生的输出转矩的极大值,这一参数与电机运动频率有一定关系。当电机绕组的电流状况保持不变,即转子静止不转时产生的电磁转矩即为静转矩。在输入频率不变情况下,动转矩与静转矩最大值成正相关关系
2.3.4 响应频率:
在某一频率区间内,步进电机能以任何速度工作而不会丢失一步,这一区间的最大值即代表响应频率。一般情况下,响应频率指代电机起动频率,也可称作突变频率。在不变更步进电机和步距控制器的情况下,起动频率的大小与负载的重量密切相关,负载主要包含括负载转动惯量和负载转矩二方面的含义。文献综述
2.4 步进电机的工作原理
简单的说,每给步进电机输入一个脉冲电流,步进电机会运转特定的角度。而通过连续不断地给步进电机输入电脉冲信号,步进电机就会持续运转起来。
混合式步进电机的特点突出,我们可以从结构和性能两方面入手对其进行分析。从结构上看,它的定转子上开有很多齿槽,电机内部包含一个永久磁钢,与反应式和永磁式电机都有类似的共同点。从性能上看,它的步距角可以设计成像反应式电机那样小,同时又具备永磁式电机所需控制功率极小的特点,所以混合式步进电机常常也被当成同步低速步进电机。