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步進(jìn)電動機(jī)工作原理

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樓主
ID:128229 發(fā)表于 2016-6-29 23:23 | 只看該作者 回帖獎勵 |倒序?yàn)g覽 |閱讀模式
 
步進(jìn)電動機(jī)工作原理
Stepping Motor Principle 

步進(jìn)電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)與普通電動機(jī)不同,它隨供給電源的脈沖一步一步的轉(zhuǎn)動,是一種數(shù)字電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)能隨供給的電源脈沖數(shù)轉(zhuǎn)動相應(yīng)步數(shù),而每一步的角度是固定的,所以步進(jìn)電動機(jī)能按控制轉(zhuǎn)動所需的圈數(shù)、角度,廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床、自動化設(shè)備、儀器儀表等行業(yè)。本節(jié)介紹應(yīng)用最廣的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。 

反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)是根據(jù)磁阻性質(zhì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩工作的,遵循磁通總是沿磁阻最小的路徑閉合的原理,由磁拉力形成轉(zhuǎn)矩。前面介紹的開關(guān)磁阻電動機(jī)也可視為步進(jìn)運(yùn)行,因每切換一組線圈電源時(shí)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動一定角度,只要停止切換轉(zhuǎn)子就停止不動了,只不過每一步的角度是30度,應(yīng)用在數(shù)控設(shè)備顯然過于粗糙。實(shí)際應(yīng)用的步進(jìn)電動機(jī)步進(jìn)角度較小,下面介紹的步進(jìn)電動機(jī)模型每步為3度。   

圖1是步進(jìn)電動機(jī)的定子鐵心,在內(nèi)周有六個(gè)磁極,每個(gè)磁極上有5個(gè)小齒,齒中心距為9度,齒寬與齒間隔大小一樣,徑向的兩個(gè)磁極組成一對磁極,定子鐵心由沖制的硅鋼片疊制而成。

圖2是步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子鐵心,轉(zhuǎn)子上沒有線圈,但在外圓周有40個(gè)小齒,齒中心距為9度,齒寬與齒間隔大小一樣,轉(zhuǎn)子鐵心也由沖制的硅鋼片疊制而成。

由于定子磁極上的小齒的齒寬與齒間隔與轉(zhuǎn)子上的小齒一樣,所以當(dāng)定子的一對磁極小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊時(shí),另兩對磁極小齒與轉(zhuǎn)子小齒角度相差3度或-3度,見圖3。

圖4是繞有線圈的定子與裝有轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)子組裝圖。

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)多為三相線圈,本模型的三對磁極可繞三組線圈組成三相繞組。由脈沖信號發(fā)生器按照給定的設(shè)置不斷向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送控制脈沖信號,驅(qū)動器又根據(jù)轉(zhuǎn)動方向與運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)向三相線圈供電(每輸入一個(gè)脈沖信號切換一次供電狀態(tài)),每一個(gè)控制脈沖電信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一步,每步轉(zhuǎn)的角度稱為步距角。 

三相線圈分為A、B、C三個(gè)線圈,圖5是用三個(gè)開關(guān)晶體管向三個(gè)線圈供電的連接圖:三個(gè)線圈的一端與電源正極相連,另一端分別與驅(qū)動器內(nèi)三個(gè)開關(guān)晶體管連接,構(gòu)成星形連接。每個(gè)時(shí)期僅有一個(gè)開關(guān)晶體管導(dǎo)通一個(gè)線圈通電,這是一種基本的也是常用的工作方式。

為了清楚的演示該步進(jìn)電機(jī)模型的工作狀態(tài),我們?nèi)∧P偷恼晥D來作動畫,圖6是模型的正視圖,清楚的顯示了三相線圈的組合與連接,黃色線圈是A相線圈、綠色線圈是B相線圈、紅色線圈是C相線圈。

圖7是BG1導(dǎo)通A相線圈通電,此時(shí)轉(zhuǎn)子被磁力吸引靜止不動。

開關(guān)晶體管BG1連接A相線圈,開關(guān)晶體管BG2連接B相線圈,開關(guān)晶體管BG3連接C相線圈。下面的幾個(gè)圖片顯示在控制脈沖作用下驅(qū)動器對三相線圈輪流接通電源拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)。 

第一個(gè)控制脈沖來時(shí),BG1截止BG2導(dǎo)通,B相線圈通電,磁通按最近的路徑閉合,在磁力拉動下,轉(zhuǎn)子開始向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動,見圖8。

在磁力拉動下,轉(zhuǎn)子向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動,圖9是轉(zhuǎn)到1.5度時(shí)的位置。

在磁力拉動下,轉(zhuǎn)子向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動到3度,見圖10,如果不來控制脈沖,轉(zhuǎn)子將停止在這個(gè)角度不動,這樣一個(gè)控制脈沖驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了一步,一個(gè)步距角為3度。

如果再來一個(gè)控制脈沖,開關(guān)晶體管BG2截止BG3導(dǎo)通,C線圈通電,轉(zhuǎn)子在磁拉力作用下開始繼續(xù)轉(zhuǎn)動,見圖11。

在磁力拉動下,轉(zhuǎn)子向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動到6度,見圖12,如果不來控制脈沖,轉(zhuǎn)子將停止在這個(gè)角度不動,這樣第二個(gè)控制脈沖驅(qū)動轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)了一步,總共轉(zhuǎn)了6度,兩個(gè)步距角。

如果再來一個(gè)控制脈沖,開關(guān)晶體管BG3截止BG1導(dǎo)通,A線圈通電,轉(zhuǎn)子在磁拉力作用下開始繼續(xù)轉(zhuǎn)動,見圖13。

在磁力拉動下,轉(zhuǎn)子向逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動到9度,見圖14,此時(shí)狀態(tài)與初始位置圖7相同,轉(zhuǎn)子一共轉(zhuǎn)了3個(gè)步距角共9度,也就是轉(zhuǎn)子的一個(gè)齒距的角度—9度。

如果需要繼續(xù)轉(zhuǎn)動就繼續(xù)發(fā)控制脈沖,就重復(fù)圖8開始的過程。不停的發(fā)控制脈沖電機(jī)就會不停的旋轉(zhuǎn),脈沖一停電機(jī)就停止轉(zhuǎn)動。需要反轉(zhuǎn)就改變?nèi)嗲袚Q順序,例如前面的過程是按A-B-C順序?qū)ㄞD(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動,改為C-B-A順序?qū)ㄞD(zhuǎn)子則按順時(shí)針轉(zhuǎn)動。 

控制脈沖頻率高則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高、頻率低則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速低,可以非常低或靜止固定在指定位置。但轉(zhuǎn)子開始轉(zhuǎn)動與停止轉(zhuǎn)動時(shí)驅(qū)動器都要適當(dāng)降低切換頻率,以防因負(fù)荷與轉(zhuǎn)子慣量引起的失步。 

 

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沙發(fā)
ID:134450 發(fā)表于 2016-7-29 11:21 | 只看該作者
有三視圖的電機(jī)模型,真的好理解多了,謝謝樓主
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板凳
ID:135510 發(fā)表于 2016-8-2 17:31 | 只看該作者
感謝樓主很容易理解
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