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直流步进电机

时间:2018-11-19   来源:vr赛车电子  编辑:热敏电阻厂家  浏览:

  与上述直流电机一样,步进电机也是机电执行器,可将脉冲数字输入信号转换为离散(增量)机械运动,广泛用于工业控制应用。步进电动机是一种同步无刷电动机,因为它没有带换向器和碳刷的电枢,但是具有由许多构成的转子,一些类型具有数百个永磁齿和具有单独绕组的定子。

  

步进电机

 

  顾名思义,步进电机不像传统直流电机那样以连续方式旋转,而是以离散的“步进”或“增量”运动,每个旋转运动或步长的角度取决于定子极和转子的数量步进电机有齿。

  由于它们的离散步进操作,步进电机可以很容易地旋转一次有限的旋转,例如1.8,3.6,7.5度等。例如,假设步进电机完成一整圈(360 o完全100步。

  然后,电机的步进角为360度/ 100步=每步3.6度。该值通常称为步进电机步进角。

  步进电机有三种基本类型,可变磁阻,永磁和混合(两者的组合)。甲步进电机特别适用于需要精确的定位和可重复性一起启动,停止,反转和速度控制与步进电机的另一个关键特征的快速响应的应用程序,是能够保持负载稳定能力,一旦需要的位置是实现。

  通常,步进电动机具有内转子,该内转子具有大量永磁“齿”,其中多个电磁铁“齿”安装在定子上。定子电磁铁顺序极化和去极化,使转子一次旋转一步。

  现代多极多齿步进电机的精度小于每步0.9(每转400脉冲),主要用于高精度定位系统,如用于软盘/硬盘驱动器中的磁头,打印机/绘图仪或机器人应用程序。最常用的步进电机是每转200步进电机。它有一个50齿转子,4相定子和1.8度的步进角(360度/(50×4))。

  步进电机的构造与控制

  

 

  在上面的可变磁阻步进电机的简单示例中,电机包括由四个标记为A,B,C和D的电磁场线圈围绕的中心转子。所有具有相同字母的线圈连接在一起,以便激励,例如标记为A的线圈将使磁转子与该组线圈对齐。

  通过依次向每组线圈供电,可以使转子从一个位置旋转或“步进”一个位置,该角度由其步进角构造确定,并且通过依次激励线圈,转子将产生旋转运动。

  步进电机驱动器通过以设定顺序激励励磁线圈来控制电机的步进角和速度,例如“ ADCB,ADCB,ADCB,A ...... ”等,转子将沿一个方向(向前)旋转并通过将脉冲序列反转为“ ABCD,ABCD,ABCD,A ...... ”等,转子将以相反方向(反向)旋转。

  因此,在上面的简单示例中,步进电机有四个线圈,使其成为一个四相电机,定子上的极数为八(2 x 4),间隔为45度。转子上的齿数是六个,相隔60度。

  然后有24(6个齿x 4个线圈)可能的位置或“步骤”使转子完成一整圈。因此,上述步距角为: 360 o / 24 = 15 o。

  显然,更多的转子齿和/或定子线圈将导致更多的控制和更精细的步进角。另外,通过以不同的配置连接电动机的电线圈,可以实现全角度,半角度和微步角。然而,为了实现微步进,步进电机必须由(准)正弦电流驱动,该电流实施起来很昂贵。

  还可以通过改变施加到线圈的数字脉冲之间的时间延迟(频率)来控制步进电机的旋转速度,延迟越长,一整圈的速度越慢。通过向电动机施加固定数量的脉冲,电动机轴将旋转给定角度。

  使用时间延迟脉冲的优点是不需要任何形式的附加反馈,因为通过计算给予电动机的脉冲数量,转子的最终位置将是精确已知的。对一定数量的数字输入脉冲的这种响应允许步进电机在“开环系统”中操作,使得控制更容易和更便宜。

  例如,假设vr赛车的步进电机每步的步距角为3.6度。为了使电动机旋转216度,然后再在需要位置停止,只需要总共:216度/(3.6度/步)= 80脉冲施加到定子线圈。

  有许多步进电机控制器IC可用于控制步进速度,旋转速度和电机方向。一个这样的控制器IC是SAA1027,它具有内置的所有必要的计数器和代码转换功能,并且能够以正确的顺序自动驱动4个完全控制的电桥输出到电机。

  旋转方向也可以与单步模式或所选方向的连续(无级)旋转一起选择,但这会给控制器带来一些负担。使用8位数字控制器时,每步也可以使用256个微步。