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二、步進電動機及其驅(qū)動

(一)步進電動機

Ⅰ：原理：

步進電動機是一種同步電動機，是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移(或直線位移)的執(zhí)行元件。這種電動機，每施加一個電脈沖，其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個角度，稱為一步。脈沖數(shù)增加，角(或直線)位移隨之增加;脈沖頻率高，電動機旋轉(zhuǎn)速度就快，反之則慢;分配脈沖的相序改變，電動機便反轉(zhuǎn)。

步進電動機繞組所加電源既不是恒定直流，也不是正弦交流，而是脈沖電壓，所以有時也稱為脈沖電動機。

Ⅱ ：分類：

步進電動機的種類很多，有多種分類方法。若按工作原理分類，則可將步進電動機分為：

反應式(磁阻式)、電磁式、永磁式和永磁感應子式步進電動機。其中反應式和永磁感應子式步進電動機比較常用。

1.反應式步進電動機

電動機定子有A、B、C三對磁極。在相應的磁極上繞有A、B、C三相控制繞組。

(1)當A、B、C三對磁極的繞組依次輪流通過直流電時，則A、B、C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。

首先，當A相繞組通電，B、C兩相斷電時，轉(zhuǎn)子的齒1、3分別被定子磁極A—A’吸引而對齊。

然后，A相斷電，B相通電，于是轉(zhuǎn)子的2、4兩齒被定子磁極B—B’吸引，這時轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)了30，接下去B相斷電，C相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與定子磁極C-C′軸線對齊，轉(zhuǎn)子又逆時針轉(zhuǎn)過了30。

這種按A→B→C→A→B→C→A…順序輪流通電的方式稱為三相單三拍。“三相”是指定子有三相繞組A、B、C，“單”是指每次只有一相繞組單獨通電，“三拍”是指經(jīng)過三次經(jīng)過切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)。每一拍，即輸入一個脈沖信號，都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度，稱之為步距角θs。

(2)計算公式如下：

步距角　Θs=360/mkz

m ——步進電動機的相數(shù);

k ——與通電方式有關的系數(shù)，如單拍或雙拍是為1，單、雙拍是為2;

z ­——不僅電動機轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。

(3)步進電動機也可以采用三相單、雙拍通電方式，通電順序為A→AB→B→BC→C→CA→A……

轉(zhuǎn)速：　n=60f/NZ (轉(zhuǎn)/分)

N =mk —運行拍數(shù)

即步進電機轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運行拍數(shù)。

步進電動機的轉(zhuǎn)子齒數(shù)多，步距角也就越小，位置精確度就越高。

(4)除三相反應式步進電動機外，還有四相、五相、六相反應式步進電動機。

2.永磁感應子式步進電動機

由于在磁路中含有永久磁鋼，所以，永磁感應子式步進電動機的定子繞組斷電后，仍有一定的定位轉(zhuǎn)矩。

3.步進電動機的主要性能指標。步進電動機的主要性能指標有：

(1)步距精度?？蛰d時，以單脈沖輸入，步進電動機的實際步距角與理論步距角之差稱為靜態(tài)步距角誤差，以偏差的角度或相對百分數(shù)來衡量。我國生產(chǎn)的步進電動機的步距精度一般在±10～±30分的范圍，有些可達±2～±5分。

(2)最大靜轉(zhuǎn)距。轉(zhuǎn)子處于靜止狀態(tài)時，能與最大負載轉(zhuǎn)矩相平衡的電磁轉(zhuǎn)矩稱為步進電動機的最大轉(zhuǎn)矩。它是衡量步進電動機帶負載能力的主要指標。

(3)起動頻率。使步進電動機能夠由靜止定位狀態(tài)不失步地起動，并進入正常運行的控制脈沖最高頻率，稱為起動頻率。在電動機空載情況下，稱為空載起動頻率。在有負載情況下，不失步起動所允許的最高頻率將大大降低。

(4)連續(xù)運行頻率。步進電動機起動后，其轉(zhuǎn)速將跟隨控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的控制脈沖的最高頻率，稱為連續(xù)運行頻率的最高工作頻率。步進電動機的連續(xù)運行頻率隨負載的增大而下降，但步進電動機連續(xù)運行頻率遠高于其起動頻率。

(二)步進電動機對驅(qū)動電源

1.驅(qū)動電源的基本要求：

(1)電源的相數(shù)、通電方式、電壓、電流應與步進電動機的基本參數(shù)相適應;

(2)滿足步進電動機起動頻率和運行頻率的要求;

(3)工作可靠、抗干擾能力強;

(4)成本低，效率高，安裝和維護方便;

2.組成：

驅(qū)動電源由環(huán)形分配器和功率驅(qū)動器組成。

(1)環(huán)形分配器：主要功能是將CNC裝置的插補脈沖，按照步進電動機所要求的規(guī)律分配給功率驅(qū)動器的各相輸入端，以控制步進電動機勵磁繞組的導通或關斷。

(2)功率驅(qū)動器：主要作用是將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號放大，以便用足夠的功率來驅(qū)動步進電動機。

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（責任編輯：中大編輯）

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