步進電機因其在速度和位置控制精度上的優秀性能,在電機行業中應用廣泛。對于步進電機的架構和驅動方式、工作原理、應用中的注意事項,我們將進行深度剖析。
步進電機是一種作為控制用的特種電機, 它的旋轉是以固定的角度(稱為"步距角")一步一步運行的, 其特點是沒有積累誤差(精度為100%), 所以廣泛應用于各種開環控制。步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動, 這種裝置就是步進電機驅動器, 它是把控制系統發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移, 或者說: 控制系統每發一個脈沖信號, 通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角,所以步進電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。因此控制步進脈沖信號的頻率,可以對電機精確調速;控制步進脈沖的個數,可以對電機精確定位目的。這一線性關系的存在,加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。
一、步進電機的構造(以五相步進電機為例)
步進電機的構造如下圖所示,大致分為定子和轉子兩部分。轉子由轉子1、轉子2和永久磁鋼組成。
定子擁有小齒狀的磁極,共有 10個,皆繞有線圈。 其線圈的對角位置的磁極相互連接著,電流流通后,線圈即會被磁 化成同一極性。(例如某一線圈經由電流的流通后,對角線的磁極將 同化成 S 極或 N 極。) 對角線的 2個磁極形成 1個相,而由于有 A相至 E相等 5個相位,因此稱為 5 相步進電動機。
轉子的外圈由 50個小齒構成,轉子 1 和轉子 2 的小齒于構造上互 相錯開 1/2 螺距。由此轉子形成了100個小齒。目前已經有轉子單個加工至100齒的高分辨率型,那么高分辨率型的轉子就有200個小齒。因此其機械上就可以實現普通步進電機半步(普通步進電機半步需要電氣細分達到)的分辨率。
二、步進電機工作原理
當電流流過定子繞組時,定子繞組產生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度,使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度。轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖,電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比、轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序,電機就會反轉。所以可用控制脈沖數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。
三、步進電機的控制