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第二节步进电动机一步进电动机的结构和工作原理它与普通电动机一样也是由定子和转子构成其中定子又分为定子铁心和定子绕组定子铁心由电工钢片叠压而成定子绕组是绕置在定子铁心个均匀分布的齿上的线圈在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起构成一相控制绕组图所示的步进电动机可构成三相控制绕组故称三相步进电动机绕组定子铁心转子铁心图反应式步进电动机结构原理图步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理当相绕组通电时转子的齿与定子上的齿对齐若相断电相通电由于磁力的作用转子的齿与定子上的齿对齐
第二节 步进电动机 一、步进电动机的结构和工作原理 它与普通电动机一样,也是由定子和转子构成,其中定子又分为定子铁心和定子绕组。定子铁心由电工钢片叠压而成,定子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈,在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起,构成一相控制绕组。图6-1所示的步进电动机可构成A、B、C三相控制绕组,故称三相步进电动机。 1-绕组 2-定子铁心 3-转子铁心 图6-1 反应式步进电动机结构原理图 步进电动机的工作原理 步进电动机的工作原理实际上是电磁铁的作用原理。当A相绕组通电时,转子的齿与定子AA上的齿对齐。若A相断电,B相通电,由于磁力的作用,转子的齿与定子BB上的齿对齐,转子沿逆时针方向转过,如果控制线路不停地按A→B→C→A…的顺序控制步进电动机绕组的通断电,步进电动机的转子便不停地逆时针转动。若通电顺序改为A→C→B→A…,步进电动机的转子将顺时针转动30。这种通电方式称为三相三拍,而通常的通电方式为三相六拍,其通电顺序为A→AB→B→BC→C→CA→A…及A→AC→C→CB→B→BA→A…,相应地,定子绕组的通电状态每改变一次,转子转过15。 步进电机特点 (1)步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次,它的转子便转过一个确定的角度,即步距角; (2)改变步进电动机定子绕组的通电顺序,转子的旋转方向随之改变; (3)步进电动机定子绕组通电状态的改变速度越快,其转子旋转的速度越快,即通电状态的变化频率越高,转子的转速越高; (4)步进电动机步距角与定子绕组的相数m、转子的齿数z、通电方式k有关,可用下式表示: ?= 360/mzk 式中m相m拍时,k=1;m相2m拍时,k=2。 对于图6-1所示的单定子、径向分相、反应式步进电动机,当它以三相三拍通电方式工作时,其步距角为?=360/3×4×1=30 若按三相六拍通电方式工作,则步距角为?=360/3×4×2=15 步距角:常见的步距角0.60/1.20 , 0.750/1.50 , 0.90/1.80 ,10/20, 1.50/30 等。 例:某步进电机有80个齿, 采用3相6拍方式驱动, 经丝杠螺母副驱动工作台做直线运动, 丝杠的导程为6mm。求: 1、步进电机的步矩角。 2、当脉冲当量要求为0.01mm时,试设计此传动系统 1、k=6/3=2 á= 360/mzk =360/3×80×2=0.75。 2、I=Z2/Z1=αL/360δ=0.75×6/360×0.01=2/1 可选Z1=20,Z2=40,模数=1.5的齿轮传动副 例 将改造一台C620车床,其纵向丝杠的螺距t=12mm,采用110BF003型步进电动机,步距α=0.75°,系统规定的纵向步进当量ι=0.01mm,计算步进电动机与纵向丝杠之间的联接传动比。 解:根据式(7-1) 可选 ,模数m=1.5的齿轮传动副。当i为小数时,则可采用挂轮。 步进电机分类 反应式步进电机:定子转子均有铁心组成,转子无绕组,步进运行由定子绕组通电历磁产生的反应力矩作用实现。 特点:结构简单,工作可靠,运行频率高,步距角小。 应用:数控设备,机器人。 永磁式步进电机:转子用永磁铁,靠与定子产生电磁力 特点:控制功率小,效率高,造价低,但步距角大。 应用:记录仪,空调机。 混合式步进电机:转子有齿,带固定极性。 特点:步距角小,工作频率高,控制功率小。但结构复杂,成本高。 软件脉冲分配 软件环形分配器的设计方法有很多,如查表法、比较法、移位寄存器法等,它们各有特点,其中常用的是查表法。 四、步进电动机的功率放大 1.单电压功率放大电路 此电路的优点是电路结构简单,不足之处是Rc消耗能量大,电流脉冲前后沿不够陡,在改善了高频性能后,低频工作时会使振荡有所增加,使低频特性变坏。 2.高低电压功率放大电路 电源U1为高电压,电源大约为80~150V,U2为低电压电源,大约为5~20V。在绕组指令脉冲到来时,脉冲的上升沿同时使VT1和VT2导通。由于二极管VD1的作用,使绕组只加上高电压U1,绕组的电流很快达到规定值。到达规定值后,VT1的输入脉冲先变成下降沿,使VT1截止,电动机由低电压U2供电,维持规定电流值,直到VT2输入脉冲下降沿到来VT2截止。 不足之处是在高低压衔接处的电流波形在顶部有下凹,影响电动机运行的平稳性。 3.斩波恒流功放电路 该电路的特点是工作时Vin端输入方波步进信号:当Vin为“0”电平,由与门A2输出Vb为“0”电平,功率管(达林顿管)VT截止,绕组W上无电流通过,采样电阻上R3上无反馈
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