1、什么叫步进电机
步进电机是一种基于电流的磁效应、把脉冲电流数据转换为角速度或线位移的开环系统电机,是电力监控系统中一种比较常见的执行器(注:电力监控系统由控制板、控制部件、感应器及执行器构成)。
步进电机的结构由转子和定子构成,下边这张图片是一个二相步进电机外观图:
2、步进电机有关的基础知识
2.1、相数:就是指步进电机定子绕阻的个数(即内部结构线圈数量)。常见的就是二相、三相、四相、五相步进电机;
2.2、步距角:步进电机接受一个差分信号后掉转的视角,步距角在电机出厂前明确表示,能写在电机上。一般二相电机的步距夹角0.9°/1.8°、三相电机的步距夹角0.75°/1.5°,五相电机的步距夹角0.36°/0.72°;
假如不能使用细分化控制器,只能依靠选择合适步距一个角的步进电机去满足操纵规定。细分化控制器能够改变步进电机的步距角,这一我们会在第二节《认识步进驱动器》中详细介绍;
2.3 、维持转矩(holding torque):就是指步进电机绕阻插电且转子并没有旋转时,使电机可以挪动完整的一步所需的扭距。维持转矩会受到电机绕阻所许可的峰值电流限定,一般超过运作转矩(running torque)。
维持转矩是步进电机最主要的主要参数之一,最大的优点取决于能使负荷维持在某一个部位。在没有尤其指出的情形下,通常所说的步进电机的转矩是指维持转矩。例如,某步进电机的转矩为3.5NM,是指其维持扭距为3.5NM;
2.4、减振转矩(detent torque):就是指步进电机绕阻在没有电的情形下,对其自身的机械性能(永磁性构造)所形成的转矩。在没有电的情形下,用手旋转转子能够感受到减振转矩;
3、步进电机的种类和结构
步进电机的结构由转子(rotor)和定子(stator)构成。
当定子电磁线圈接电源时,也会产生感应磁场,感应磁场与转子相互影响使转子掉转一定的视角。
依据励磁方式的差异,步进电机可以分为:稀土永磁式、反应方程(磁电式式)和混合三种。
3.1、稀土永磁式(permanent magnet stepper motor)
稀土永磁式步进电机的转子(rotor)是一种永磁性的、柱型构造,具备N极和S极;定子是有着对称结构的励磁线圈;
当定子电磁线圈进入直流电源后,依据皮安左手基本定律,线圈两边也会产生电磁场;定子所产生的电磁场与转子的永磁性原材料相互影响从而使得转子旋转。根据给定子绕阻更替插电,就可操纵转子依照某一方位交替运动;
稀土永磁式步进电机的定子/转子构造如图所示:
3.2、反应方程(variable reluctance stepper motor)
反应方程步进电机又称为磁电式式步进电机,其转子是一个非磁性的、软铁属性的、齿线构造;其定子由励磁线圈构成;
因为转子是非磁性构造,所以在定子并没有插电以前,定子与转子中间没有带磁相互影响。因而,反应方程步进电机并没有减振转矩(detent torque)。
反应方程步进电机内部结构结构示意图如下所示:
3.3、混合(hybrid stepper motor)
说白了,混合步进电机融合了稀土永磁式或反应方程步进电机的优势,它转子选用永磁性原材料,而且把它分为南极洲(S极)和北极圈(N极)两部分,各个部分也有很多的的齿线构造,如图所示:
混合步进电机的定子由励磁线圈构成,每一组电磁线圈下边也具备更替分布齿线构造。如图所示:
混合步进电机的步距角小、动态特性好,是采用最普遍的步进电机。下边这张图片是混合步进电机的转子和定子实体图:
4、步进电机的特征
步进电机结构紧凑、使用便捷、并没有积累误差、只需差分信号就可开展工作,因而既能应用PLC加以控制,也可以用单片机设计等能够产生差分信号装置加以控制,在工业自动化控制中应用十分广泛。
但是其噪声和振动比较大,而且有可能出现丢步的现象,因而只适用于精密度要求较低的场所。
此外步进电机位置和速度信号不可以发送给自动控制系统,一般只适用于开环系统。如果想组成自动控制系统,必须在运动轴上提升伺服电机高信号意见反馈设备。