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論壇公告:

中國(guó)步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用網(wǎng)：http://using.zgbjdj.com/

文章標(biāo)題：有關(guān)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本知識(shí)

回復(fù)文章

作者：朵 發(fā)表時(shí)間：2010-9-21 15:05:46

1、系統(tǒng)常識(shí)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的性能，不但取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)自身的性能，也取決于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)劣。對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的研究幾乎是與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的研究同步進(jìn)行的。
2、系統(tǒng)概述：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行元件。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)（來(lái)自控制器），它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱(chēng)為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。
3、系統(tǒng)控制：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專(zhuān)用的驅(qū)動(dòng)電源（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器）�？刂破鳎}沖信號(hào)發(fā)生器）可以通過(guò)控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
4、用途：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種控制用的特種電機(jī)，作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展（步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器性能提高），步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需求量與日俱增。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中精度沒(méi)有積累誤差的特點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)，特別是開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)。

5、步進(jìn)電機(jī)按結(jié)構(gòu)分類(lèi)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也叫脈沖電機(jī)，包括反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（HB）等。
（1）反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：也叫感應(yīng)式、磁滯式或磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子均由軟磁材料制成，定子上均勻分布的大磁極上裝有多相勵(lì)磁繞組，定、轉(zhuǎn)子周邊均勻分布小齒和槽，通電后利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一般為三、四、五、六相；可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出（消耗功率較大，電流****可達(dá)20A，驅(qū)動(dòng)電壓較高）；步距角小（最小可做到10’）；斷電時(shí)無(wú)定位轉(zhuǎn)矩；電機(jī)內(nèi)阻尼較小，單步運(yùn)行（指脈沖頻率很低時(shí)）震蕩時(shí)間較長(zhǎng)；啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高。
（2）永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：通常電機(jī)轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，軟磁材料制成的定子上有多相勵(lì)磁繞組，定、轉(zhuǎn)子周邊沒(méi)有小齒和槽，通電后利用永磁體與定子電流磁場(chǎng)相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一般為兩相或四相；輸出轉(zhuǎn)矩�。ㄏ墓β瘦^小，電流一般小于2A，驅(qū)動(dòng)電壓12V）；步距角大（例如7.5度、15度、22.5度等）；斷電時(shí)具有一定的保持轉(zhuǎn)矩；啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較低。
（3）混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)：也叫永磁反應(yīng)式、永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。其定子和四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有區(qū)別（但同一相的兩個(gè)磁極相對(duì)，且兩個(gè)磁極上繞組產(chǎn)生的N、S極性必須相同），轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜（轉(zhuǎn)子內(nèi)部為圓柱形永磁鐵，兩端外套軟磁材料，周邊有小齒和槽）。一般為兩相或四相；須供給正負(fù)脈沖信號(hào)；輸出轉(zhuǎn)矩較永磁式大（消耗功率相對(duì)較小）；步距角較永磁式小（一般為1.8度）；斷電時(shí)無(wú)定位轉(zhuǎn)矩；啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高；是目前發(fā)展較快的一種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
6、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按工作方式分類(lèi)：可分為功率式和伺服式兩種。
（1）功率式：輸出轉(zhuǎn)矩較大，能直接帶動(dòng)較大負(fù)載（一般使用反應(yīng)式、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）。
（2）伺服式：輸出轉(zhuǎn)矩較小，只能帶動(dòng)較小負(fù)載（一般使用永磁式、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)）。
7、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇：
（1）首先選擇類(lèi)型，其次是具體的品種與型號(hào)。
（2）反應(yīng)式、永磁式和混合式三種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能指標(biāo)、外形尺寸、安裝方法、脈沖電源種類(lèi)和控制電路等都不同，價(jià)格差異也很大，選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮。
（3）具有控制集成電路的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)優(yōu)先考慮。

（2）“細(xì)分驅(qū)動(dòng)”概述：
概念：將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)方法，稱(chēng)為細(xì)分驅(qū)動(dòng)，細(xì)分是通過(guò)驅(qū)動(dòng)器精確控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)本身無(wú)關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級(jí)近似階梯波），則定子繞組電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子有N個(gè)新的平衡位置（形成N個(gè)步距角）。
****技術(shù)發(fā)展：國(guó)內(nèi)外對(duì)細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究十分活躍，高性能的細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路，可以細(xì)分到上千甚至任意細(xì)分。目前已經(jīng)能夠做到通過(guò)復(fù)雜的計(jì)算使細(xì)分后的步距角均勻一致，大大提高了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖分辨率，減小或消除了震蕩、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)更具有“類(lèi)伺服”特性。
對(duì)實(shí)際步距角的作用：在沒(méi)有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶(hù)主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來(lái)滿(mǎn)足自己對(duì)步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則用戶(hù)只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以大幅度改變實(shí)際步距角，步進(jìn)電機(jī)的‘相數(shù)’對(duì)改變實(shí)際步距角的作用幾乎可以忽略不計(jì)。
采用細(xì)分技術(shù)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)精度提高的關(guān)系：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)，其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。細(xì)分后電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)每一個(gè)脈沖的分辨率提高了，但運(yùn)轉(zhuǎn)精度能否達(dá)到或接近脈沖分辨率還取決于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分電流控制精度等其它

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