步進電機的原理與特點說明
點擊：2194 日期：2016-11-10
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什么是
步進電機
步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。
步進電機工作原理：
當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。
通常見到的各類電機，內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻，通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標準的直流或正弦波，還會產(chǎn)生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。
銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。
步進電機的特點：
(1)步距角和靜態(tài)步距誤差步進電機的步距角是決定開環(huán)伺服系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的重要參數(shù)，數(shù)控機床中常見的反應(yīng)式步進電機的步距角一般為0.5°~3°；一般情況下，步距角越小，加工精度越高。靜態(tài)步距誤差指理論的步距角和實際的步距角之差，以分表示，一般在10’之內(nèi)。步距誤差主要由步進電機齒距制造誤差，定子和轉(zhuǎn)子間氣隙不均勻以及各相電磁轉(zhuǎn)矩不均勻等因素造成的。步距誤差直接影響工作的加工精度以及步進電機的動態(tài)特性。 (2)啟動頻率：空載時，步進電機由靜止突然啟動，并能不丟步地進入正常運行所允許的最高頻率，稱為啟動頻率或突跳頻率。若啟動時步進電機定子繞組通電狀態(tài)變化頻率大于啟動頻率，步進電機就不能正常啟動。啟動頻率與負載慣量有關(guān)，一般說隨著負載慣量的增長而下降。 (3)連續(xù)運行的最高工作頻率步進電機連續(xù)運行時，它所能接受的，即保證不丟步運行的極限頻率稱為最高工作頻率。最高工作頻率是決定定子繞組通電狀態(tài)最高變化頻率的參數(shù)，它決定了步進電機的最高轉(zhuǎn)速。其值遠大于啟動頻率。最高工作頻率隨負載的性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)動電源也有很大關(guān)系。 （4)加減速特性。步進電機的加減速特性是描述步進電機由靜止到工作頻率和由工作頻率到靜止的加減速過程中，定子繞組通電狀態(tài)的變化頻率與時間的關(guān)系。當(dāng)要求步進電機啟動到大于突跳頻率的工作頻率時，變化速度必須逐漸上升；同樣當(dāng)要求步進電機從最高工作頻率或高于突跳頻率的工作頻率停止時，變化速度必須逐漸下降。逐漸上升或下降的加速時間、減速時間不能過小，否則會出現(xiàn)失步或超步。一般用加速時間常數(shù)Ta和減速時間常數(shù)Td來描述步進電機的升速和降速特性?！?(5)矩頻特性與動態(tài)轉(zhuǎn)矩矩頻特性是描述步進電機連續(xù)穩(wěn)定運行時，輸出轉(zhuǎn)矩Md與連續(xù)運行頻率f之間的關(guān)系。矩頻特性曲線上每一個頻率所對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨連續(xù)運行頻率的上升而下降下。上述步進電機的主要特性，除步距角和靜態(tài)步距誤外，其余均與驅(qū)動電源有很大關(guān)系。驅(qū)動電源性能好，步進電機的特性可得到明顯改善。
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