步進(jìn)電機(jī)的用途及優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)
文章出處:漢德保(HDB MOTOR)電機(jī) 人氣:13107發(fā)表時(shí)間:2020-11-11
一、步進(jìn)電機(jī)的用途
隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置的不斷發(fā)展,在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生出多種具有特殊性能的小功率電機(jī),它們?cè)谧詣?dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中分別作為執(zhí)行元件、檢測(cè)元件和解算元件,這類電機(jī)統(tǒng)稱為控制電機(jī)。顯然,從基本的電磁感應(yīng)原理來說,控制電機(jī)和普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)并沒有本質(zhì)上的差別,但普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)著重于對(duì)啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)的力能指標(biāo)的要求,而控制電機(jī)則著重于特性的高精度和快速響應(yīng)。
各種控制電機(jī)從它們的外表看差不多都是一一個(gè)圓柱體,中間有一根轉(zhuǎn)軸, 體積- -般都比較小,因此控制電機(jī)是一種微電機(jī)。從它們完成的任務(wù)來看,各種控制電機(jī)又各不相同,有的用來帶動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),有的用來量測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速,有的可以進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)算,有的可以進(jìn)行積分或微分運(yùn)算等。
各種控制電機(jī)的用途和功能盡管不同,但基本上可劃分為信號(hào)元件和功率元件兩大類。凡是用來轉(zhuǎn)換信號(hào)的都為信號(hào)元件,又稱為量測(cè)元件:凡是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出功率或把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的都為功率元件,又稱為執(zhí)行元件。若以電源分類,控制電機(jī)有直流和交流步進(jìn)電機(jī)是一種用電 脈沖信號(hào)進(jìn)行控制,并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的一種控制電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)。
一般電機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的, 而步進(jìn)電機(jī)則是一- 步一步轉(zhuǎn) 動(dòng)的,它是由專用電源供給電脈沖,每輸人一個(gè)電脈沖信號(hào),電機(jī)就轉(zhuǎn)過個(gè)角度, 如圖1-1所示。步進(jìn)電機(jī)也可以直接輸出線位移,每輸人一.個(gè)電脈沖信號(hào),電機(jī)就走一段直線距離。它可以看成是一種特殊運(yùn)行方
步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式與普通勻速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)有一定的差別,它的運(yùn)動(dòng)形式是步進(jìn)式的,所以稱為步進(jìn)電機(jī)。又因其繞組上所加的電源是脈沖電壓,有時(shí)也稱它為脈沖電機(jī)。
由于步 進(jìn)電機(jī)是受脈沖信號(hào)控制的,所以步進(jìn)電機(jī)不需要變換,就能直接將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移,因此它很適合于作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件。
二、步進(jìn)電機(jī)的種類
步進(jìn)電機(jī)的種類很多,按運(yùn)動(dòng)形式分有旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)、直線步進(jìn)電機(jī)和平面步進(jìn)電機(jī)。按運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)形式分類,步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式、永磁式和混合式(又稱為感應(yīng)子式)等。按工作方式分類,步進(jìn)電機(jī)可分為功率式和伺服式,前者能直接帶動(dòng)較大的負(fù)載,后者僅能帶動(dòng)較小負(fù)載。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)用得比較普遍,結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。
當(dāng)前最有發(fā)展前最的是混合式步進(jìn)電機(jī),其有以下四個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì):繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展:改圓形電機(jī)為方形電機(jī):對(duì)電機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì):向五相和三相電機(jī)方向發(fā)展。
三、步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)
(1)步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
①步進(jìn)電機(jī)的角位移量(或直線位移量)與電脈沖數(shù)成正比,所以步進(jìn)電機(jī)(或線速度)也與脈沖頻率成正比,在步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力范圍內(nèi),其步距角和轉(zhuǎn)的受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響,也不受環(huán)境條件如溫度、氣壓、沖擊和操動(dòng)等影制建)脈沖頻率有關(guān)。因此,步進(jìn)電機(jī)適于在開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件。
②步進(jìn)電機(jī)控制性能好,通過改變脈沖頻率的高低就可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速(或線速度),并能快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。若用同一領(lǐng)率的脈沖電電機(jī)時(shí),它們可以同步運(yùn)行。
③步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一 周都有固定的步數(shù),在不丟步的情況下運(yùn)行,其步距誤差不會(huì)比積累,即每一步雖然有誤差,但轉(zhuǎn)過一周時(shí),累積誤差為零。這些特點(diǎn)使它完全控制的開環(huán)系統(tǒng)中作為伺服元件,并使整不系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化,面又運(yùn)行可靠。當(dāng)采用位置檢測(cè)裝置后,它也可以用于閉環(huán)系統(tǒng)中。
④有些類型的步進(jìn)電機(jī)在停止供電狀態(tài)下還有定位轉(zhuǎn)矩,有些類型的步進(jìn)電機(jī)后某些相繞組仍保持通電狀態(tài),也具有自鎖能力,不需要機(jī)械制動(dòng)裝置。
⑤步進(jìn)電機(jī)的步距角變動(dòng)范圍較大,在小步距角的情況下,往往可以不經(jīng)減速器面在
由于以上這些特點(diǎn),步進(jìn)電機(jī)日益廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中,例如數(shù)控機(jī)床、經(jīng)圖機(jī)、自動(dòng)記錄儀表、數(shù)/模轉(zhuǎn)換裝置以及航空、導(dǎo)彈、無線電等工業(yè)中。
(2)步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)
步進(jìn)電機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率較低,并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源供給電脈沖信號(hào).一般來說,它帶負(fù)載慣量的能力不強(qiáng),在使用時(shí)既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小,只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時(shí),步進(jìn)電機(jī)才能獲得滿意的運(yùn)行性能。此外,共振和振蕩也常常是運(yùn)行中出現(xiàn)的問題,特別是內(nèi)阻尼較小的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī),有時(shí)還要加機(jī)械阻尼機(jī)構(gòu)。
隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置的不斷發(fā)展,在普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)的基礎(chǔ)上產(chǎn)生出多種具有特殊性能的小功率電機(jī),它們?cè)谧詣?dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算裝置中分別作為執(zhí)行元件、檢測(cè)元件和解算元件,這類電機(jī)統(tǒng)稱為控制電機(jī)。顯然,從基本的電磁感應(yīng)原理來說,控制電機(jī)和普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)并沒有本質(zhì)上的差別,但普通旋轉(zhuǎn)電機(jī)著重于對(duì)啟動(dòng)和運(yùn)行狀態(tài)的力能指標(biāo)的要求,而控制電機(jī)則著重于特性的高精度和快速響應(yīng)。
各種控制電機(jī)從它們的外表看差不多都是一一個(gè)圓柱體,中間有一根轉(zhuǎn)軸, 體積- -般都比較小,因此控制電機(jī)是一種微電機(jī)。從它們完成的任務(wù)來看,各種控制電機(jī)又各不相同,有的用來帶動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng),有的用來量測(cè)機(jī)械轉(zhuǎn)角或轉(zhuǎn)速,有的可以進(jìn)行三角函數(shù)運(yùn)算,有的可以進(jìn)行積分或微分運(yùn)算等。
各種控制電機(jī)的用途和功能盡管不同,但基本上可劃分為信號(hào)元件和功率元件兩大類。凡是用來轉(zhuǎn)換信號(hào)的都為信號(hào)元件,又稱為量測(cè)元件:凡是把信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出功率或把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的都為功率元件,又稱為執(zhí)行元件。若以電源分類,控制電機(jī)有直流和交流步進(jìn)電機(jī)是一種用電 脈沖信號(hào)進(jìn)行控制,并將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的一種控制電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)。
一般電機(jī)都是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的, 而步進(jìn)電機(jī)則是一- 步一步轉(zhuǎn) 動(dòng)的,它是由專用電源供給電脈沖,每輸人一個(gè)電脈沖信號(hào),電機(jī)就轉(zhuǎn)過個(gè)角度, 如圖1-1所示。步進(jìn)電機(jī)也可以直接輸出線位移,每輸人一.個(gè)電脈沖信號(hào),電機(jī)就走一段直線距離。它可以看成是一種特殊運(yùn)行方
步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式與普通勻速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)有一定的差別,它的運(yùn)動(dòng)形式是步進(jìn)式的,所以稱為步進(jìn)電機(jī)。又因其繞組上所加的電源是脈沖電壓,有時(shí)也稱它為脈沖電機(jī)。
由于步 進(jìn)電機(jī)是受脈沖信號(hào)控制的,所以步進(jìn)電機(jī)不需要變換,就能直接將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移,因此它很適合于作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件。
二、步進(jìn)電機(jī)的種類
步進(jìn)電機(jī)的種類很多,按運(yùn)動(dòng)形式分有旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電機(jī)、直線步進(jìn)電機(jī)和平面步進(jìn)電機(jī)。按運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)形式分類,步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式、永磁式和混合式(又稱為感應(yīng)子式)等。按工作方式分類,步進(jìn)電機(jī)可分為功率式和伺服式,前者能直接帶動(dòng)較大的負(fù)載,后者僅能帶動(dòng)較小負(fù)載。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)用得比較普遍,結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。
當(dāng)前最有發(fā)展前最的是混合式步進(jìn)電機(jī),其有以下四個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì):繼續(xù)沿著小型化的方向發(fā)展:改圓形電機(jī)為方形電機(jī):對(duì)電機(jī)進(jìn)行綜合設(shè)計(jì):向五相和三相電機(jī)方向發(fā)展。
三、步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)
(1)步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)
①步進(jìn)電機(jī)的角位移量(或直線位移量)與電脈沖數(shù)成正比,所以步進(jìn)電機(jī)(或線速度)也與脈沖頻率成正比,在步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載能力范圍內(nèi),其步距角和轉(zhuǎn)的受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響,也不受環(huán)境條件如溫度、氣壓、沖擊和操動(dòng)等影制建)脈沖頻率有關(guān)。因此,步進(jìn)電機(jī)適于在開環(huán)系統(tǒng)中作執(zhí)行元件。
②步進(jìn)電機(jī)控制性能好,通過改變脈沖頻率的高低就可以在很大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)速(或線速度),并能快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。若用同一領(lǐng)率的脈沖電電機(jī)時(shí),它們可以同步運(yùn)行。
③步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)一 周都有固定的步數(shù),在不丟步的情況下運(yùn)行,其步距誤差不會(huì)比積累,即每一步雖然有誤差,但轉(zhuǎn)過一周時(shí),累積誤差為零。這些特點(diǎn)使它完全控制的開環(huán)系統(tǒng)中作為伺服元件,并使整不系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化,面又運(yùn)行可靠。當(dāng)采用位置檢測(cè)裝置后,它也可以用于閉環(huán)系統(tǒng)中。
④有些類型的步進(jìn)電機(jī)在停止供電狀態(tài)下還有定位轉(zhuǎn)矩,有些類型的步進(jìn)電機(jī)后某些相繞組仍保持通電狀態(tài),也具有自鎖能力,不需要機(jī)械制動(dòng)裝置。
⑤步進(jìn)電機(jī)的步距角變動(dòng)范圍較大,在小步距角的情況下,往往可以不經(jīng)減速器面在
由于以上這些特點(diǎn),步進(jìn)電機(jī)日益廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中,例如數(shù)控機(jī)床、經(jīng)圖機(jī)、自動(dòng)記錄儀表、數(shù)/模轉(zhuǎn)換裝置以及航空、導(dǎo)彈、無線電等工業(yè)中。
(2)步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)
步進(jìn)電機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率較低,并且需要配上適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源供給電脈沖信號(hào).一般來說,它帶負(fù)載慣量的能力不強(qiáng),在使用時(shí)既要注意負(fù)載轉(zhuǎn)矩的大小,又要注意負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的大小,只有當(dāng)兩者選取在合適的范圍時(shí),步進(jìn)電機(jī)才能獲得滿意的運(yùn)行性能。此外,共振和振蕩也常常是運(yùn)行中出現(xiàn)的問題,特別是內(nèi)阻尼較小的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī),有時(shí)還要加機(jī)械阻尼機(jī)構(gòu)。
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