2.2步进电机的特点
1.一般步进电机的精度为步距角的3%-5%左右,角位移量只与输入脉冲成正比,输入脉冲的频率决定了电机的转速,因为一步一步走,不存在累计误差,因此位置精度较高。
2.步进电机具有优秀的动态响应,容易实现启停,正反转及变速控制,相比于普通电机,使用起来更方便。
3.因为没有电刷,电机的寿命只取决于轴承的寿命,可靠性较高,一般使用时间较长,不易损坏。
4.由于速度正比于脉冲频率,具有较宽的转速范围,低速下还能保证获得大转矩,可以直接和负载相连接。
5.若是控制不当,可能会发生共振,若发生共振,会影响正常工作,造成不必要的损失,所以应尽量避开共振频率。
6.当转速过高时会发生失步,同时步进电机还存在一个启动频率,当脉冲频率超过启动频率时,电机无法正常启动。
7.步进电机不能再高温下工作,温度过高会导致电机的磁性材料退磁,使步进电机力矩下降乃至失步,使用时应注意工作环境的温度,不能超过电机的工作限制。
8.难以获得较大的负载转矩。
2.3步进电机种类
1.反应式
反应式步进电机一般为三相,转子为软磁材料,转子上开有小齿,原理比较简单。
2.永磁式
永磁式步进电机转子为永磁材料,一般为两相,转子的极数等于每相定子极数,不开小齿,步距角较大一般为7.5°,这种电机精度差,转矩和体积较小,动态性能好。
3.混合式
混合式步进电机转子为永磁式,相比较之下,混合式结合了前两者的优点,它的步距角小,输出力矩大,一般的场合都会使用混合式步进电机来进行精确的控制。
综合了三种步进电机的特点,相比较之下,混合式步进电机的动态性能更好,本系统就使用混合式步进电机作为被控电机,选用四相八拍的工作方式来进行步进电机的控制。
2.4步进电机结构
步进电机主要由定子和转子两部分组成。他们都是有磁性材料构成的,以三相步进电机为例,它的定子和转子上分别有751个和四个磁极。
图2.4.1步进电机简图
定子上绕有定子绕组,两个相对的磁极组成一相,例如A相、B相,四相五相的步进电机结构也是如此,与上图类似。
图2.4.2步进电机转子定子图
2.5 步进电机工作原理
当A相通电时,A方向的磁通经过转子形成了闭合回路,若转子和磁场周线方向存在一定的角度,那么在磁场的作用下,转子会被磁化,转子转动到电磁力趋向于最小的位置,使转子与定子对齐,转子便停止转动。当下一个脉冲送达时,下一相通电,转子转过一个步距角,周而复始不断循环,就形成了步进电机的运转。
图2.5 A相通电图
以三相步进电机为例,步进电机工作方式有:三相三拍、三相751拍、三相双三拍这三种普遍通用的工作方式:
三相三拍通电顺序: A--B--C--A
三相751拍通电顺序: A--AB--B--BC--C--CA
三相双三拍通电顺序: AB--BC--CA
三种工作方式电机的特性比较如下表:
表2.5 步进电机三种工作方式比较表
工作方式 单三拍 双三拍 751拍
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