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图解步进电机基本结构和工作原理

文章出处:汉德保(HDB)电机 人气:2598发表时间:2022-07-05

图解步进电机基本结构和工作原理

    本文对步进电机的基本构造跟工作原理内容比较复杂,我尽可能简单点讲,让大家都能够清楚的了解到,从初学者到技术者大家都能学会,不懂的可以资讯汉德保小编。

1、什么是步进电机?
    步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件,简单来讲,是使物体产生相对角位移的设备,通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量,可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。

    通过给步进电机加装直线运动执行机构或齿轮箱装置,更可以实现更加复杂、精密的线性运动控制要求。也就是我们常见的减速步进电机、丝杆步进电机、刹车步进电机等,通过加装配置使得步进电机多功能应用化。

    步进电机也叫步进器,它利用电磁学原理,将电能转换为机械能。步进电机一般由前后端盖、轴承、中心轴、转子铁芯、定子铁芯、定子组件、波纹垫圈、螺钉等部分构成,是由缠绕在电机定子齿槽上的线圈驱动的。通常情况下,一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管,而在电机中,绕在定子齿槽上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。这也就是我们常见的二相步进电机、三相步进电机、五相步进电机的由来。下图是步进电机的基本构造。

步进电机基本构造

2、步进电机的工作原理

     步进电机是怎么工作的呢?是由什么来控制的呢?使得步进电机工作的叫驱动器,业内也叫步进电机驱动器。步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号,通过其内部的逻辑电路,控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电, 使得电机正向/反向旋转,或者锁定。
   以1.8度两相步进电机为例:当两相绕组都通电励磁时,电机输出轴将静止并锁定位置。在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。如果其中一相绕组的电流发生了变向,则电机将顺着一个既定方向旋转一步(1.8度)。同理,如果是另外一项绕组的电流发生了变向,则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步(1.8度)。当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时,则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进,运行精度非常高。对于 1.8度两相步进电机旋转一周需200步。
     两相步进电机有两种绕组形式:双极性和单极性。双极性电机每相上只有一个绕组线圈,电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁,驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈,电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。驱动电路设 计上只需要四个电子开关。在双极性驱动模式下,因为每相的绕组线圈为100%励磁,所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约 40%。

2相步进电机

     步进电机的是通过位移转动来实现功能的,那么步进电机的准确,也就是我们说的步距角这个有哪些标准?下面继续分析

3、准确位置控制
  步进电机以一个固定的步距角转动,就像时钟内的秒针。这个角度称为基本步距角。汉德保提供两种基本步距角来作为标准电机:基本步距角为1.8°两相步进电机和基本步距角为1.2°的三相步进电机。
  除标准电机以外,汉德保也提供其它基本步距角的步进电机,分别是0.72°,0.9°,1.5°,3.6°,3.75°。这些电机并没有列在此目录中,具体事宜请联系汉德保电机。

步进电机准确位置的控制

4、简单的脉冲控制


     知道了步进电机是通过驱动器得到脉冲信号来发射指令工作的,需高精度定位的系统如下所示。控制器发出的脉冲信号可以准确地控制步进电机的转动角度和速度。那么我们需要进一步了解,什么是脉冲信号?

简单的脉冲控制

5、什么是脉冲信号?

    脉冲信号是一个电压反复在ON 和OFF 之间改变的电信号。
    每个ON/OFF周期被记为一个脉冲。单个脉冲信号指令使电机出力轴转动一步。
    对应电压ON和OFF情况下的信号电平被分别称为“H”和“L”。

什么是脉冲信号

    我们了解到了脉冲信号是什么,也知道了脉冲跟步进电机有者一种合作关系,要记住两点,步进电机的转动距离跟脉冲数成比例,步进电机的转速跟脉冲频率成比例,下面我们详细讲解一下这两个的比例关系。


6、转动距离与脉冲数成比例关系

    步进电机的转动距离正比于施加到驱动器上的脉冲信号数(脉冲数)。
    步进电机转动(电机出力轴转动角度)和脉冲数的关系如下所示:

转动距离与脉冲数成比例关系

7、转速与脉冲频率成比例关系

    步进电机的转速与施加到驱动器上的脉冲信号频率成比例关系。
    电机的转速[r/min] 与脉冲频率[Hz] 的关系如下(整步模式):

转速与脉冲频率成比例关系

     根据以上的步进电机的基本构造跟工作原理,我们了解到了步进电机是一个怎么运动,怎么工作的机械元件,那么步进电机在应用的时候有哪些优点呢?

8、高力矩、小体积

     步进电机的重要特征之一是高力矩、小体积。因此得应用于好多行业,譬如口罩机,核酸检测机,传动设备,激光设备等等。
     这些特征使得步进电机具有优秀的加速和响应,使得这些电机非常适合那些需要频繁启动和停止的应用中。
     汉德保也有带减速机型电机可供选择,以满足低速下更高力矩的需求。

总结:以上就是关于步进电机的一些基本知识,如果你们有应用到,需要购买设备,或者维修替换的,可以咨询汉德保小编,18年技术沉淀,厂家直销只为给您提供更加信赖的品牌。

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