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步进电机

浏览次数:        日期:2019-09-24
 
步进电机是一种无刷同步电机,它将数字脉冲转换成机械轴的旋转。步进电机的每一转都被划分为离散的若干步,在许多情况下是200步,每一步都必须给电机发送一个单独的脉冲。步进电机一次只能走一步,每一步大小相同。由于每个脉冲都会使电机旋转一个精确的角度,通常为1.8°,因此无需任何反馈机制就可以控制电机的位置。随着数字脉冲频率的增加,阶跃运动变为连续旋转,旋转速度与脉冲频率成正比。步进电机因其成本低、可靠性高、低速扭矩大、结构简单、坚固耐用、几乎可以在任何环境下工作,每天都在工业和商业应用中使用。
 
步进电机的优点
 
将非线性输入信号转换为线性输出信号。这对于热电偶信号来说很常见。
 
电机的旋转角度与输入脉冲成正比。
 
电机在静止状态下具有全扭矩(如果线圈通电)。
 
准确的定位和重复的运动,因为好的步进电机有3至5%的精度的一步,这是不积累的误差从一个步骤到下一个。
 
良好的启动/停止/倒车响应能力。
 
非常可靠,因为没有接触刷在电机。因此步进电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命。
 
步进电机响应数字输入脉冲提供开环控制,使电机更简单,控制成本更低。
 
有可能实现非常低的速度同步旋转与负载是直接耦合到轴。
 
当转速与输入脉冲的频率成正比时,可以实现大范围的转速。
 
步进电动机类型
 
有三种基本类型的步进电机:可变磁阻电机、永磁电机和混合电机。本文将集中讨论混合电机,因为这些步进电机结合了可变磁阻电机和永磁电机的最佳特性。它们由多齿定子极和永磁转子组成。标准混合动力汽车有200转子齿和旋转角度为1.8o的一步。由于混合步进电机具有高的静态和动态扭矩,并以非常高的步进速度运行,因此它被广泛应用于各种商业应用,包括计算机磁盘驱动器、打印机/绘图仪和CD播放机。步进电机的一些工业和科学应用包括机器人、机床、取放机、自动切丝和粘丝机,甚至精确的流体控制装置。
 
步进模式
步进电机的“步进模式”包括全步进、半步进和微步进。任何步进电机的步进模式输出类型取决于驱动器的设计。欧米茄提供步进电机驱动器与开关选择全和半步模式,以及微步驱动器与开关选择或软件选择的决议。
 
完整步骤
 
标准的混合步进电机有200个转子齿,或者每转一圈电机轴有200个完整的步长。将200步旋转360度等于1.8度的全步长。通常,全步进模式是通过激励两个绕组,同时交替换向电流来实现的。从本质上讲,来自驱动器的一个数字脉冲相当于一个步骤。
 
半步
 
半步简单地说就是步进电机以每转400步的速度旋转。在这种模式下,一个绕组通电,然后两个绕组交替通电,使转子旋转一半的距离,或0.9°。虽然它提供约30%的扭矩少,半步模式产生更平稳的运动比全步模式。
 
微步
 
微步进是一种相对较新的步进电机技术,它可以控制电机绕组中的电流,从而进一步细分电机磁极之间的位置数。欧米茄微步驱动器能够将一个完整的步骤(1.8°)划分为256个微步,每转51,200步(.007°/步)。微步通常用于需要精确定位和在大范围速度下平稳运动的应用中。与半步模式类似,微步模式比全步模式提供约30%的扭矩。
 
线性运动控制
 
步进电机的旋转运动可以通过丝杠/蜗轮传动系统转换为直线运动。丝杠的引线,或螺距,是丝杠绕一圈所走的直线距离。如果导丝每转一英寸,每转200步,则导丝杆系统的分辨率为0.005英寸。更精细的分辨率是可能的使用步进电机/驱动系统在微步模式。
 
串联与并联有两种方式连接步进电机,串联或并联。串联连接提供高电感,因此在低速时扭矩更大。并联将降低电感,从而在更快的速度下增加扭矩。
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