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步進電機的結(jié)構(gòu)及工作原理 步進電機的驅(qū)動方式有哪些

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摘要:步進電機是一種無刷直流電動機,步進電機的運行是靠步進電機驅(qū)動器進行驅(qū)動,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的,所以步進電機的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。步進電機可以實現(xiàn)對步進電機的轉(zhuǎn)向、速度和旋轉(zhuǎn)角度的控制。下面來了解下步進電機的結(jié)構(gòu)原理以及步進電機的驅(qū)動方式。

一、步進電機的結(jié)構(gòu)及工作原理

步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。步進電機由定子和轉(zhuǎn)子組成。定子由硅鋼片疊成,有一定數(shù)量的磁極和繞組。轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)。

步進電機定子上有6個等分的磁極,相鄰兩個磁極間夾角為60°,相對的兩個磁極組成一相。當某一個繞組有電流通過,則該繞組的兩個磁極立即形成N極、S極。每一個磁極上各有5個均勻分布的矩形小齒。

轉(zhuǎn)子無繞組,轉(zhuǎn)子上有40個矩形小齒均勻分布在圓周上,當定子某相繞組通時,對應的磁極產(chǎn)生磁場,和轉(zhuǎn)子形成磁路。當定子繞組按一定順序輪流通電時,轉(zhuǎn)子就沿一定方向一步步轉(zhuǎn)動。因此步進電機繞組是按一定通電方式工作的。為實現(xiàn)該種輪流通電,需要將控制脈沖按規(guī)定的通電方式分配到步進電機的每相繞組。

其中,步進控制器把輸入的脈沖轉(zhuǎn)換成環(huán)型脈沖,以控制步進電機,并能進行正反轉(zhuǎn)控制。功率放大器把步進電機輸出的環(huán)型脈沖放大,以驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動。

當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個片固定的角度(即步進角)。我們可以通過調(diào)整脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到準確定位的目的。同時,還可以通過調(diào)整脈沖頻率來控制步進電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度。

二、步進電機的驅(qū)動方式有哪些

步進電機的正常使用離不開內(nèi)部的驅(qū)動方式,從目前的市場情形來看品質(zhì)保證的步進電機具有多種可供選擇的驅(qū)動方式,其中包括恒電壓驅(qū)動、高低壓驅(qū)動、自激式恒電流斬波驅(qū)動和電流比較斬波驅(qū)動等多種類。下面就針對步進電機的這幾種驅(qū)動方式做簡要介紹:

1、恒電壓驅(qū)動

恒電壓驅(qū)動是步進電機常用的一種驅(qū)動方式,只用一個方向的電壓對繞組進行通電,多個繞組交替提供電壓,這種方式的驅(qū)動也被稱之為單電壓驅(qū)動,是步進電機比較老套的一種驅(qū)動方式。

2、高低壓驅(qū)動

高低壓驅(qū)動可以明顯改善恒電源驅(qū)動所存在的不同,高低壓驅(qū)動指的是步進電機運動到整步的時候使用高壓控制,在運動到半步和停止的時候使用低壓進行控制。

3、自激式恒電流斬波驅(qū)動

自激式恒電流斬波驅(qū)動是通過硬件設計而成的,通過硬件來對不同繞組的電流進行通電和關(guān)閉的交替操作,正是這樣反復的操作才促使步進電機得以正常運轉(zhuǎn)。

4、電流比較斬波驅(qū)動

這種驅(qū)動方式是目前市場上步進電機的主流驅(qū)動,巧妙利用造組電流植轉(zhuǎn)化成電壓從而與轉(zhuǎn)化器的輸出預定值進行比較,根據(jù)比較的結(jié)果來對功率管的開關(guān)進行控制,從而控制繞組的相電流,通過電流的不同來控制步進電機的運動。

除了上面所介紹的幾種驅(qū)動方式之外,業(yè)內(nèi)較好的步進電機還可能會使用潛進式驅(qū)動。因為潛進式驅(qū)動作為全新的運動控制技術(shù),發(fā)熱少壽命長。

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