步进电机
步进电机基本参数
步进电机基本参数步进电机(Stepper Motor)是一种将电脑数字信号转变为机械运动的设备,它以离散的方式旋转,每一次脉冲驱动会引起电机一定的运动。
步进电机具有以下几个基本参数。
1. 步数(Step):步进电机的运动是以步为单位的,一步表示电机转动一定的角度或线性距离。
步数也可以用来描述电机的分辨率,即每转多少步,电机转一圈。
通常情况下,步进电机的步数会在说明书或型号参数中给出。
2. 相数(Phase):步进电机的绕组分为几个相,每相两个线圈。
常见的步进电机相数有两相、三相和五相等,不同相数的步进电机在控制方式上有所不同,包括驱动方式和控制电路。
3.驱动方式:步进电机的驱动方式包括全步驱动和半步驱动。
全步驱动是每个脉冲都使电机转动一个步进角度,半步驱动是在全步的基础上细分每一步,在一个脉冲内实现小角度的运动。
半步驱动可以提高电机的分辨率和运动平滑度。
4. 转矩(Torque):步进电机的转矩是指电机产生的旋转力矩。
转矩大小与电机的结构、驱动方式和电流有关,通常在电机的规格表中有相关的数据。
5. 电流(Current):步进电机电流是指电机所需工作电流。
电机的电流大小与驱动方式、负载情况有关。
一般情况下,为了保证电机正常运行,需要匹配合适的电流驱动器。
6. 驱动电压(Voltage):步进电机的驱动电压是指驱动电机所需的电压。
电机的驱动电压应该与驱动器供电电压相匹配。
7. 最大速度(Maximum Speed):步进电机的最大速度是指电机能够达到的最高旋转速度。
最大速度与电机的结构、驱动方式、驱动电压和电流有关。
除了上述基本参数,还有一些其他的参数也需要考虑,比如电机的精度、响应时间、机械惯性等。
这些参数在具体应用中会根据实际需求进行选择和调整。
总的来说,步进电机的基本参数包括步数、相数、驱动方式、转矩、电流、驱动电压和最大速度等。
这些参数决定了电机的性能和适用范围,需要根据具体应用需求进行选择和配置。
步进电机基础知识
什么是步进电机?步进电机:也称脉冲电机,是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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。
在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
基本原理通常电机的转子为永磁体,当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。
该磁场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。
当定子的矢量磁场旋转一个角度。
转子也随着该磁场转一个角度。
每输入一个电脉冲,电动机转动一个角度前进一步。
它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。
改变绕组通电的顺序,电机就会反转。
所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
电机开环控制一种控制电机、不使用反馈回路、就能进行速度控制及定位控制,即所谓的电机开环控制。
步进电机开环控制原理定子一相绕组流过直流电流,最近该相的转子齿被定子相吸引,电磁转矩大于负载转矩从而使转子运动。
电机基本分类按电压种类分:AC(交流)驱动、DC(直流)驱动。
按旋转速度与电源频率关系分:同步电机、异步电机。
步进电机概要1.步进电机的地位步进电机属于:DC驱动的同步电机,但无法直接用DC或AC电源来驱动,需要配备驱动器。
2.步进电机驱动电路的功能驱动电路任务:按顺序指令切换DC电源的电流流入步进电机的各相线圈。
驱动电路将电机定子与DC电源连接在一起工作。
驱动器(驱动电路)由决定换向顺序的控制电路(或称为逻辑电路)与控制电机输出功率的换相电路(或称为功率电路(Power stage))组成。
步进电机-课件
2023年11月10日
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§11.3 步进电动机
①运行矩频特性
2023年11月10日
矩频特性---电机连续转动
时所产生的最大输出转矩T与f
两者间的关系。
当控制脉冲频率增加,电 机转速升高时,步进电动机所 能带动的最大负载转矩值将逐 步下降。主要原因是定子绕组 电感的影响。因步进电机每相 绕组是线圈,而电感有延缓电 流变化的特性。
2023年11月10日
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§11.3 步进电动机
A相通电时定、 转子齿的相对位置
A、 B两相通电时定、 转子齿的相对位置
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§11.3 步进电动机
3、基本特点 (1) 步进电动机工作时,每相绕组由专门驱动电源通过
“环形分配器”按一定规律轮流通电。如三相双三拍运行的 环形分配器输入是一路,输出有A、B、C三路。若开始是A、 B这两路有电压,输入一个控制脉冲后就变成B、C这两路有 电压,再输入一个脉冲变成C、A这两路有电压,再输入一 个电脉冲变成A、B这两路有电压了。环形分配器输出的各 路脉冲电压信号,经过各自的放大器放大后送入步进电动机 的各相绕组,使步进电动机一步步转动。
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§11.3 步进电动机
电 路 图
三相双三拍 运行各相控 制电压波形 控制方框图
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§11.3 步进电动机
(2)步距角--每输入一个脉冲电信号转子转过的角度,用
θb表示。当电机按四相单四拍运行--A-B-C-D-A…… 顺序
通电时,换接一次绕组,转子转过的角度为1/4齿距角;转 子需要走4步,才转过一个齿距角。当四相八拍运行--AAB-B-BC-C-CD-D-DA……顺序通电时,换接一次绕组, 转子转过的角度为1/8齿距角;转子需要走8步才转过一个
步进电机
原理:步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号
转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲,电机转动一个角度,带动机械移 动一小段距离。 特点:(1)来一个脉冲,转一个步距角。
(2)控制脉冲频率,可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序,改变方向。
优点
(1)直接实现数字控制;
(2)控制性能好; (3)无接触式; (4)抗干扰能力强; (5)误差不长期积累;
1.3.3 单步运行特性
1.单步运行时的矩角特性和稳定区 以三相单三步运行方式为例,设电机空载时,A相通电 时的矩角特性如图4中的曲线A所示,转子处于稳定平衡点 OA。如加一脉冲,A相断电,B相通电,则矩角特性变为曲 线B。 M
A
A
B
B
OB OA
A
B
θ
b
θ定区
步进电动机的步距角θ b由转子齿数、定子相数和通电 方式所决定,即
360 b mCZ k
式中m为相数。C为状态系数,采用单、双拍通电方式时 C=2,采用单拍或双拍通电方式时C=1。ZK为转子齿数。
若步进电动机所加的通电脉冲频率为f,则其转速为
60 f n mCZ k
1.3 静态运行特性
步进电动机不改变通电状态下的运行特性称
M B M max sin(e 120)
MB 与MA 相距120°电度角。这是一条与A相特性完全相同, 但相位上相差120°(电度角)的特性。当A、B同时通电时,合 成矩角特性应为二者之叠加,即
M AB M A M B M max sin(e 60)
可见MAB是一条幅值与单相通电时相同,相移60°电度角(θt/6) 的正弦曲线,如图3中曲线MAB所示。
1.3.4 连续运行特性
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的电动机,广泛应用于打印机、数控机床、纺织、医疗器械、精密仪器仪表等设备中。
本文将围绕步进电机的分类和工作原理展开讨论,通过深度和广度兼具的分析,帮助读者更好地理解和应用步进电机。
二、步进电机的分类1. 按照工作原理分类步进电机可以根据其工作原理分为磁性、霍尔效应和混合式步进电机。
其中,磁性步进电机主要由永磁体和电磁线圈构成,它的工作原理是利用电磁线圈中产生的磁场与永磁体磁场之间的吸引和排斥作用来实现转动。
霍尔效应步进电机则是利用霍尔元件检测转子位置而进行步进运动。
混合式步进电机则是将两种原理进行了有机结合,综合了两者的优点,具有较高的精度和扭矩。
2. 按照结构分类步进电机根据结构不同也可分为单转子步进电机和双转子步进电机。
单转子步进电机结构简单,适用于一般的定位应用;双转子步进电机通过在转子上添加转子齿和隔板,可以大大提高定位精度和抗负载能力,适用于高端控制系统。
三、步进电机的工作原理步进电机的工作原理可以简单概括为根据控制信号实现电磁线圈的通断来控制转子旋转。
具体来说,通过电流控制,电磁线圈产生的磁场与永磁体间不断吸引和排斥,从而实现转子的旋转。
步进电机的角位移是由电脉冲信号的频率和数量决定的,不同的驱动方式会影响步进电机的运动特性,通常可采用全步进、半步进和微步进等方式。
四、结论与展望通过对步进电机的分类和工作原理的深度和广度兼具的讨论,相信读者已经对步进电机有了更清晰的理解。
在今后的应用中,我们还可以深入研究步进电机的控制技术、驱动方式以及在不同领域的应用案例,以期更好地发挥步进电机的优势作用。
步进电机作为一种精密定位设备,必将在工业自动化领域发挥越来越重要的作用。
个人观点和理解:在我看来,步进电机作为一种精密定位设备,在工业生产和日常生活中扮演着非常重要的角色。
其高精度、高可靠性的特点使其在自动控制系统中得到广泛应用。
步进电机的原理
步进电机的原理
步进电机是一种通过电信号控制转子按一定步长运动的电机。
其工作原理是将电信号转化为磁场,进而驱动转子。
步进电机通常由定子和转子组成。
定子含有若干绕组,每个绕组在电流作用下产生磁场。
转子上有多对永磁体,其磁极数目与定子绕组数目相一致。
当给定子绕组通电时,会在定子上产生磁场,这个磁场会吸引转子上的永磁体,使转子翻转一定的角度。
通过改变定子绕组通电的顺序和时间,可以控制转子按一定步长顺时针或逆时针旋转。
步进电机一般由驱动器和控制器配合使用。
驱动器将控制器发送的电信号转换为合适的电流和电压,以驱动步进电机。
控制器根据需要设定转子运动的步长和方向,并发出相应的电信号给驱动器。
步进电机具有精准定位、运动平稳等特点,适用于需要精确控制位置和转速的设备。
它被广泛应用于打印机、数控设备、机器人、电子仪器等领域。
步进电机是什么意思
用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联 接法一般在电机转速较的场合使用,此时需要的驱动器 输出电流为电机相电流的0.7倍,因而
电机发热小;并联接法一般在电机转速较高的场合使用 (又称高速接法),所需要的驱动器输出电流为电机相 电流的1.4倍,因而电机发热较大。
混合式步进电机驱动器的脱机信号FREE一般在什么情况 下使用?当脱机信号FREE为低电平时,驱动器输出到电机 的电流被切断,电机转子处于
有DETENT TORQUE。步进电机精度为多少?是否累积?一 般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。步进电 机的外表温度允许达
到多少?步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁, 从而导致力矩下降乃至于失步,因此电机外表允许的最 高温度应取决于不同电机磁性材料的
退磁点;一般来讲,磁性材料的退磁点都在摄氏130度以 上,有的甚至高达摄氏200度以上,所以步进电机外表温 度在摄氏80-90度完全正常
电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线 性电源,电源电流一般可取I 的1.1~1.3倍;如果采用开 关电源,电源电流一般可取
I 的1.5~2.0倍。
3
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自由状态(脱机状态)。在有些自动化设备中,如果在 驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴(手动方 式),就可以将FREE信号置低,使电机
脱机,进行手动操作或调节。手动完成后,再将FREE信 号置高,以继续自动控制。 如果用简单的方法调整两相
步进电机通电后的转动方向?只需
将电机与驱动器接线的A+和A-(或者B+和B-)对调即可。 关于驱动器的细分原理及一些相关说明(转载) 在国外,
附带功能。比如对于步进角为1.8° 的两相混合式步进电 机,如果细分驱动器的细分数设置为4,那么电机的运转 分辨率为每个脉冲0.45°,
步进电机的计算方法
步进电机的计算方法1.根据驱动方式选择步进电机型号:步进电机主要分为两种驱动方式,即双相驱动和四相驱动。
双相驱动的步进电机具有较高的输出转矩,适用于需要较大负载的应用,而四相驱动的步进电机输出转矩较低,适用于速度要求较高的应用。
2.计算步进电机运转速度:步进电机的运转速度主要受到步进角度和脉冲频率的影响。
步进角度一般是固定的,常见的有1.8度和0.9度。
计算步进电机运转速度的公式为:速度=步进角度×脉冲频率。
3.计算步进电机的步进角度:步进电机的步进角度是指每接收到一个脉冲信号,电机旋转的角度。
常见的步进角度有1.8度和0.9度。
计算步进电机的步进角度的公式为:步进角度=360度÷步进电机的相数。
4.计算步进电机的电压和电流:步进电机在运行时需要供应一定的电压和电流来驱动。
计算步进电机的电压和电流的方法是根据电机的工作电压和绕组电阻。
电机的绕组电阻一般可以从电机的技术参数中获取。
计算步进电机的电压的公式为:电压=电流×电阻。
5.计算步进电机的输出功率:步进电机的输出功率是指电机在工作时提供的机械功率。
计算步进电机的输出功率的方法是根据电机的输出转矩和转速。
输出功率的公式为:输出功率=转矩×转速。
6.计算步进电机的加速度和减速度:步进电机的加速度和减速度是指电机从静止状态到达最大速度和从最大速度减速到停止状态所需要的时间。
计算步进电机的加速度和减速度的公式为:加速度(或减速度)=(最大速度-初始速度)÷时间。
7.计算步进电机的负载惯性:步进电机在运行时会受到负载惯性的影响,计算步进电机的负载惯性的方法为负载惯性=负载质量×负载半径的平方。
以上是步进电机的计算方法的一些基本介绍,根据实际需求,其他还有一些特殊的计算方法,比如控制系统的设计和驱动方式的选择等,需要根据具体情况进行进一步的研究和计算。
步进电机的规格参数
步进电机的规格参数步进电机是一种将电脉冲信号转换为角度或直线位移的电机。
其规格参数可以包括以下几个方面:1.相数(Phasenumber):表示步进电机中线圈(相)的数量,常见的相数有2相和3相。
2相步进电机具有简单的控制方式,而3相步进电机具有更高的转矩和稳定性。
2.步距角(Stepangle):表示每个电脉冲引起的转子转动角度,常见的步距角有1.8度和0.9度。
步距角越小,电机的分辨率越高,但通常也伴随着较低的转矩。
3.额定电压(Ratedvoltage):表示步进电机正常工作的电源电压。
合适的额定电压能够保证电机的正常工作,过高或过低的电压都会影响电机的性能。
4.额定电流(Ratedcurrent):表示步进电机在额定电压下的工作电流。
合适的额定电流能够保证电机正常工作,并且在一定程度上影响电机的转矩和热耗散。
5.额定转矩(Ratedtorque):表示步进电机在额定电压和额定电流下的输出转矩。
额定转矩是电机设计时考虑的转矩范围,过高或过低的负载可能会使电机无法正常工作。
6.驱动方式(Drivemode):表示步进电机的驱动方式,常见的驱动方式有双相全流(FullStep)和双相半流(HalfStep)两种。
双相全流驱动方式相对简单,而双相半流驱动方式可以提供更细致的步进角细分。
7.步进角误差(Stepangleerror):表示步进电机在运动时实际步距角与理论步距角之间的误差。
步进角误差越小,电机的运动精度越高。
8.转矩波动(Torquefluctuation):表示步进电机在工作过程中转矩的波动程度。
转矩波动越小,电机的稳定性越好。
这些是步进电机常见的规格参数,根据具体的需求和应用场景,选择适合的规格参数可以达到更好的性能和效果。
步进电机型号及参数
步进电机型号及参数1. 引言步进电机是一种常见的电机类型,常用于需要精确运动控制的设备中,如3D打印机、CNC机床等。
本文将介绍步进电机的常见型号及其参数。
了解步进电机的型号和参数对于选择合适的电机非常重要。
2. 型号分类步进电机有多种不同的型号,按照外形、尺寸和电气特性等方面可以进行分类。
常见的步进电机型号包括以下几种:2.1 2相步进电机2相步进电机是最常见的步进电机类型之一。
它包括4个线圈,每个线圈可以由驱动器单独控制,可以实现更精确的旋转控制。
2相步进电机的精度和控制性很高,但相对较贵。
2.2 5相步进电机5相步进电机是一种特殊的步进电机,它包括5个线圈。
相比于2相步进电机,5相步进电机具有更高的分辨率和更平滑的运动。
由于多个线圈的控制,5相步进电机通常可以更准确地定位。
2.3 3D打印机专用步进电机3D打印机专用步进电机一般是为了满足3D打印机高速、高精度的运动要求而设计的。
这些电机通常具有较低的噪音和振动。
常见的型号包括NEMA 17和NEMA 23等。
3. 参数介绍无论是哪种型号的步进电机,都具有一些常见的参数,下面将介绍一些常见的步进电机参数:3.1 步角步角是步进电机旋转一步所需的角度。
通常,步进电机的步角为1.8度,也有一些特殊的步进电机具有0.9度的步角。
步角越小,电机的分辨率越高。
3.2 额定电压和电流额定电压和电流是步进电机正常工作时的电压和电流。
选择适当的额定电压和电流可以保证步进电机的正常运行和寿命。
3.3 扭矩扭矩是步进电机输出的力矩大小。
通常,步进电机的扭矩与电流成正比,但也受到一些其他因素的影响,如电机的设计和进一步细分等。
3.4 驱动方式步进电机的驱动方式包括全步进驱动和细分驱动。
全步进驱动是最常见的驱动方式,它将电流以全功率施加到单个线圈上,能够提供最大的扭矩。
细分驱动将输入电流细分为更小的步进,能够提供更平滑、精确的运动。
4. 总结本文介绍了步进电机的常见型号及其参数。
什么是步进电机?
什么是步进电机?一、步进电机的基本原理步进电机是一种能够精确控制位置和运动的电机,它的工作原理和普通的直流电机有所不同。
普通的直流电机通过通电使得电流在绕组中流动,形成电磁力以产生转矩,从而驱动电机旋转。
而步进电机则是通过不断改变绕组中的电流方向,从而产生磁场的位置变化,实现精确的步进运动和位置控制。
步进电机中最关键的两部分是定子和转子。
定子是一个由绕组组成的磁铁,通常为两极或四极的磁石,而转子则是由磁铁组成的一个或多个磁极,通常为一圆柱形的部件。
二、步进电机的工作模式步进电机有两种常见的工作模式,即全步进和半步进。
1. 全步进模式:在全步进模式下,步进电机会按照固定的角度(通常为1.8°或0.9°)一步一步地转动。
这种模式下,电机的每个脉冲信号都会让电机转动一小步,从而实现位置的精确调整和控制。
2. 半步进模式:在半步进模式下,步进电机可以实现更精确的位置调整,每个脉冲信号可以让电机转动半个步距(通常为0.9°或0.45°)。
通过在全步进模式下的每个步距之间插入一个半步距,电机可以实现更加平滑和精确的运动。
三、步进电机的特点和应用场景步进电机具有以下几个特点,使得它在很多场景下得到广泛应用:1. 高精度:步进电机可以控制位置和转向,精度通常在几个角度或更小。
这使得它在需要精确定位和控制的场景下得到广泛应用,如机器人、三维打印机等。
2. 高效能:步进电机在工作过程中没有摩擦和机械损耗,因此效率较高。
它可以在低速和高负载条件下工作,而且能提供一定的持续转矩。
3. 简单控制:步进电机的控制电路相对较为简单,只需一个控制器和几个驱动器即可实现精确的位置和速度调整。
4. 广泛应用:步进电机广泛应用于各个领域,如电子设备、汽车制造、医疗设备等。
特别是在需要实现精确运动控制的场景下,步进电机更是不可或缺的一种电机。
综上所述,步进电机是一种能够精确控制位置和运动的电机,它通过改变绕组中的电流方向来实现位置的精确调整和控制。
步进电机基础知识
广州办事处
Au tonic s 5相 Hybrid type Stepping Motor的结构 相 的结构
定子STATOR部分 部分 定子
广州办事处
Au tonic s
什么是保持转矩(HOLDING TORQUE)?
保持转矩(HOLDING TORQUE)是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转 子的力矩。 它是步进电机最重要的参数之一,通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。 由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减,输出功率也随速度的增大而 变化,所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。 比如,当人们说2N.m的步进电机,在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N. m的步进电机。
广州办事处
Au tonic s
D r i v e r 的 性 能 范 围 最大应答(驱动 频率(Maximum slewing Frequency) 最大应答 驱动) 频率 驱动 - Stepping Motor能接受的最大频率 能接受的最大频率 Pull-Out Torque(最大输出 Torque) 最大输出 - Stepping Motor正常启动时 正常启动时Torque的范围内,最大输出 Torque 的范围内, 正常启动时 的范围内 Pull-In Torque(输入 Torque) 输入 - Stepping Motor正常启动时的最大 正常启动时的最大Torque 正常启动时的最大 最大启动频率 (Maximum starting Frequency) - Stepping Motor能启动 停止 正⋅反旋转的最大频率 能启动, 能启动 停止, Pull-In Range(Pull-In 领域 : 最大启动领域 最大启动领域) - Stepping Motor正常启动时的最大 正常启动时的最大Torque的范围 正常启动时的最大 的范围
步进电机介绍
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第十二页,共52页。
4.步进电机
每秒钟输入f 脉冲(màichōng),则转过 f/ZrN 转,故电机转速为:
n 60 f rpm ZrN
4. 小步(xiǎo bù)距角磁阻式步 进电机 转子上有t 均3匀460分0布9的40个齿.
s3 ZrN 6 043 03 61 03
4.步进电机
2. 三相双三拍运行方式 按AB-BC-CA-AB或相反的顺序通电,每次同
时(tóngshí)给两相绕组通电,且三次换接为一个循 环。步距角与三相单三拍运行方式的步距角相同。
AB相导通
BC相导通
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第十页,共52页。
4.步进电机
3. 三相单、双六拍运行方式 按A-AB-B-BC-C-CA或相反(xiāngfǎn)顺序通电,即需 要六拍才完成一个循环,s因此6t 步9距60角为15:
低频共振现象
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第二十八页,共52页。
4.步进电机
➢脉冲频率很高时的连续运行 ➢ 当控制脉冲的频率很高时,脉 冲间隔的时间很短,电机转子尚未到 达第一次振荡的幅值,甚至还没有到 达新的稳定平衡位置,下一个脉冲就 到来。此时电机的运行已由步进变成 了连续平滑的转动(zhuàn dòng), 转速也比较稳定。 ➢ 当频率太高时,也会产生失步, 甚至还会产生高频振荡。
➢ 一、反应式步进电动机的结构(jiégòu) ➢ 单段式
➢ 多段式
➢ a)径向磁路 ➢ b)轴向磁路
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第四页,共52页。
4.步进电机
径向磁路(cílù) 1—线圈;2—定子;3—转子
轴向磁路(cílù) 1—线圈;2—定子;3—磁轭
步进电机基本参数
步进电机基本参数步进电机是一种将电脉冲信号转换为相应的机械转动的电动机。
它是一种开环控制的电动机,具有高可靠性、精确性、稳定性和高效率等特点,广泛应用于机器人、数控机床、自动化设备等领域。
步进电机的基本参数包括步距角、步距、堵转力矩、保持力矩、步进角度、步进角误差等。
1. 步距角(Step Angle):步进电机一个完整的360度旋转等于一个步距角,通常用度(°)表示。
常见的步距角有1.8度、0.9度、0.72度、0.36度等,其中1.8度最为常用。
2. 步距(Step Size):步进电机一次脉冲信号所驱动的转动角度。
步距角是步距的倒数,即步进建为1/步距角。
3. 堵转力矩(Holding Torque):即步进电机在静止状态下可以承受的最大转矩。
堵转力矩是选择步进电机的一个重要参数,决定了步进电机能否承受负载并保持位置。
4. 保持力矩(Detent Torque):在步进电机没有通电情况下,转轴被阻碍转动的力矩,也称为无动力保持力矩。
5. 步进角度(Step Angle Accuracy):步进电机的每个步进角度是否准确。
通常以百分比形式表示,如±5%。
6. 步进角误差(Step Error):步进电机在空载或负载情况下,转动一定步数后,实际位置与理论应到的位置之间的误差。
步进角误差通常由步进电机制造商提供。
除了上述基本参数外,还有一些其他重要的参数需要考虑,如电流、电阻、电感、电感电阻比等。
7. 额定电流(Rated Current):步进电机额定工作时的电流大小。
额定电流决定了步进电机的输出功率和热量产生量。
8. 电阻(Resistance):步进电机内部的绕组电阻,影响电机的电流敏感性和损耗。
9. 电感(Inductance):步进电机内部的绕组电感,与步进电机的响应速度和转速相关。
10. 电感电阻比(Inductance to Resistance ratio):电感与电阻之间的比值,反映了步进电机的电机特性。
步进电机ppt
A
B'
C'
C
B
A'
总之,每个循环周期,有六种通电状态,所以称 为三相六拍,步距角为15。
2.4、三相双三拍
三相绕组的通电顺序为: AB BC CA AB 共三拍。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
A
B'
C'
C
B
A'
CA通电
工作方式为三相双三 拍时,每通入一个电 脉冲,转子也是转
❖ 这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的 误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控 制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
2、系统构成:
脉冲信 号输入
脉冲分配器
脉冲放大器
步进 电机
3、步进电机的结构
步进电机的内部结构
步进机主要由两部分构成:定子和转子。它们均由磁性材料构成, 其上分别有六个、四个磁极 。
这种工作方式,因三相绕组中每次只有一相通电, 而且,一个循环周期共包括三个脉冲,所以称三相 单三拍。
三相单三拍的特点:
(1)每来一个电脉冲,转子转过 30。此角称为
步距角,用S表示。
(2)转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序, 改变通电顺序即可改变转向。
2.3、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为: AABBBCCCAA 共六拍。
30,即 S = 30。
以上三种工作方式,三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定,因此较常采用。
三、步进电机的三个重要概念
什么叫伺服电机什么叫步进电机
什么叫伺服电机?什么叫步进电机?
伺服电机和步进电机是常用的两种电机类型,它们在自动控制系统和机械装置
中起着至关重要的作用。
了解这两种电机的工作原理和特点对于正确选择和应用电机至关重要。
伺服电机
伺服电机是一种能够精确控制位置、速度和加速度的电机,通常配备有反馈系统。
伺服电机根据来自反馈系统的信号进行调节,以实现对其输出轴位置的精确控制。
这种反馈系统可以是编码器、绝对值编码器或其他类型的传感器。
特点:
•高精度:伺服电机能够实现非常精确的位置控制,适用于需要高精度运动控制的应用。
•高动态响应:伺服电机响应速度快,能够实现高速运动和快速加减速。
•闭环控制:伺服电机通常采用闭环控制系统,能够稳定地控制输出位置。
步进电机
步进电机是一种将输入的脉冲信号直接转换为轴运动的电机,不需要反馈系统。
步进电机的运动是分步的,每接收到一个脉冲信号就会转动一个固定的步角。
步进电机通常用于需要精确定位而不需要高速运动的应用。
特点:
•简单控制:步进电机通过控制脉冲信号的频率和方向来控制位置,控制相对简单。
•低成本:步进电机相对伺服电机来说成本更低。
•保持力矩:步进电机在静止状态时仍能保持一定的力矩,适合需要保持位置不变的场合。
总结
伺服电机和步进电机在运动控制领域各有其优势和特点,用户在选择电机类型
时需要根据具体应用需求来进行选择。
伺服电机适用于高精度、高速度、高动态响应的应用;而步进电机适用于精确定位、低速运动、低成本的应用。
正确选择和应用不同类型的电机能够提高系统的稳定性和效率。
第五章 步进电机
过30°(步距角),每个通电循环周期(3拍)磁场在
空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。
单三拍工作方式特点
三相绕组中每次只有一相通电、一个循环 周期共包括三个脉冲,所以称三相单三拍。 (1)一个电脉冲,转子转过 30
到左图所示位置:1、3齿与A、
A′极对齐。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理,B相通电时,转子会转过30角,2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐;当C相通电时,转子 再转过30角,1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。
这种工作方式下,三个绕组依次通电一次为 一个循环周期,一个循环周期包括三个工作脉冲, 所以称为三相单三拍工作方式。
• 步距角却因拍数增加1倍而减小到齿距
角的1/6, 即S= 15°。
各种工作方式特点归纳
(1)拍数为N,相数为m 时
若单拍运行,则拍数N=m; 若单双拍运行,则N=2m。 (2)经过一个通电循环,转子转过1个齿。
电机转速():
n 60 f Zr N
从以上对步进电机三种驱动方式的分析可 得步距角计算公式:
θ = ±π 这个位置是不稳定的,两个不稳定点之间的区域构 成静态稳定区。
电磁转矩的最大值称为最大静态转矩Tmax,它表示了步进电动 机承受负载的能力,是步进电动机最主要的性能指标之一。
1) 矩角特性 • 静止时若有外部转矩作用于转轴上,迫使转
子离开初始平衡位置而偏转,转子偏离初始 平衡位置的电角度称为失调角θ • 转子会产生反应转矩,也称静态转矩
步进电机的主要参数
认识步进电机
二 • 步进电机的结构
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转 轴 成 平 行 方 向 的 断 面 图
认识步进电机
二 • 步进电机的结构
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步进电机主要由两个部分构成:定 子和转子。它们均由磁性材料构成, 定子有六个绕组,转子有四个磁极。 步进电机的基本结构
认识步进电机
三 • 步进电机的种类
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如图按种类划分有2相步进 电机、4相步进电机和5相 步进电机
4
认识步进电机
二 • 步进电机的结构
步进电动机的机座号:主要有35、39、42、57、86、110等。
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步进电动机构造:由转子, 定子,前后端盖等组成。 最典型两相混合式步进电 机的定子有8个大齿,40个小齿, 转子有50个小齿;三相电机的 定子有9个大齿,45个小齿,转 子有50个小齿。
电动机构造图
认识步进电机
四
• 步进电机的齿间距
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认识步进电机
五 • 步进电机的主要参数
步进电动机主要参数
①步进电机的相数:是指电机内部的线圈组数,目前常用的有两相、三相、五 相步进电机。 ②拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态,用m表示,或指电 机转过一个齿距角所需脉冲数。 ③保持转矩:是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。 ④步距角:对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移。 ⑤定位转矩:电机在不通电状态下,电机转子自身的锁定力矩。 ⑥失步:电机运转时运转的步数,不等于理论上的步数。
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⑦失调角:转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度,电机运转必存在失调角,由失 调角产生的误差,采用细分驱动是不能解决的。
⑧运行矩频特性:电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲 线。
步进电动机
Tf
L R'
频率越高,绕组中的平均电 流越小,电机所产生的平均 转矩大大下降,负载能力也 就大大下降了。
附加旋转电势的影响
电机铁心中的涡流损耗
二、静稳定区和动稳定区
通电时,转子每旋转一步最后停留的位置必须在动稳定区 内,即:静、动稳定区必须有所重叠,且从稳定性的角度来看,
重叠区间越大越好,这样,下一步就可继续沿着原来的旋转方
定子
转子
转子 θe
e
2
T正最大
静态转矩
定子
e
2
T负最大
定子
T
T
转子 θe θe
转子
矩角特性
步进电机产生的静态转矩T随失调角θe的变化规律
近似
T f e T j max sin e
Tjmax 稳定平衡点 /2
/2 静稳定区
θ
e
步进电动机的工作过程就是实现失调角为零的过程。
11.5 步进电动机的连续脉冲运行和动特性
连续转动状态 随着脉冲频率 f 的增高,电机转子还未稳定下来时,下一个 脉冲已经到来。 工业应用对步进电机的要求 不丢步/不越步 转子运动平稳 快速性
一、运行矩频特性 步进电机连续转动时的最大输出转矩T与驱动电源脉冲频率f间的关系
定子绕组电感的影响
L Tr R
11.4 步进电动机的单步运行状态
单步运行状态
仅改变一次通电状态或输入脉冲频率非常低
空载
加载
a
Tq
极限负载 or 极限启动转矩 电机以一定通电方式运行时,相邻矩角特性的交点所对应的转矩
3 Tq T j max 2
A
AB
B
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Oscillation, Instability and Control of Stepper MotorsLIYU CAO and HOWARD M. SCHWARTZDepartment of Systems and Computer Engineering, Carleton University, 1125 Colonel By Drive,Ottawa, ON K1S 5B6, Canada(Received: 18 February 1998; accepted: 1 December 1998) Abstract. A novel approach to analyzing instability in permanent-magnet stepper motors is presented. It is shown that there are two kinds of unstable phenomena in this kind ofmotor: mid-frequency oscillation and high-frequency instability. Nonlinear bifurcation theory is used to illustrate the relationship between local instability and midfrequency oscillatory motion. A novel analysis is presented to analyze the loss of synchronism phenomenon, which is identified as high-frequency instability. The concepts of separatrices and attractors in phase-space are used to derive a quantity to evaluate the high-frequency instability. By using this quantity one can easily estimate the stability for high supply frequencies. Furthermore, a stabilization method is presented. A generalized approach to analyze the stabilization problem based on feedback theory is given. It is shown that the mid-frequency stability and the high-frequency stability can be improved by state feedback. Keywords: Stepper motors, instability, nonlinearity, state feedback.1. IntroductionStepper motors are electromagnetic incremental-motion devices which convert digital pulse inputs to analog angle outputs. Their inherent stepping ability allows for accurate position control without feedback. That is, they can track any step position in open-loop mode, consequently no feedback is needed to implement position control. Stepper motorsdeliver higher peak torque per unit weight than DC motors; in addition, they are brushless machines and therefore require less maintenance. All of these properties have made stepper motors a very attractive selection in many position and speed control systems, such as in computer hard disk drivers and printers, XY-tables, robot manipulators, etc.Although stepper motors have many salient properties, they suffer from an oscillation or unstable phenomenon. This phenomenon severely restricts their open-loop dynamic performance and applicable area where high speed operation is needed. The oscillation usually occurs at stepping rates lower than 1000 pulse/s, and has been recognized as a mid-frequency instability or local instability [1], or a dynamic instability [2]. In addition, there is another kind of unstable phenomenon in stepper motors, that is, the motors usually lose synchronism at higher stepping rates, even though load torque is less than their pull-out torque. This phenomenon is identified as high-frequency instability in this paper, because it appears at much higher frequencies than the frequencies at which the mid-frequency oscillation occurs. The high-frequency instability has not been recognized as widely as mid-frequency instability, and there is not yet a method to evaluate it.Mid-frequency oscillation has been recognized widely for a very long time, however, a complete understanding of it has not been well established. This can be attributed to the nonlinearity that dominates the oscillation phenomenon and is quite difficult to deal with.384 L. Cao and H. M. SchwartzMost researchers have analyzed it based on a linearized model [1]. Although in many cases, this kind of treatments is valid or useful, a treatment based on nonlinear theory is needed in order to give a better description on this complex phenomenon. For example, based on a linearized model one can only see that the motors turn to be locally unstable at somesupplyfrequencies, which does not give much insight into the observed oscillatory phenomenon. In fact, the oscillation cannot be assessed unless one uses nonlinear theory.Therefore, it is significant to use developed mathematical theory on nonlinear dynamics to handle the oscillation or instability. It is worth noting that Taft and Gauthier [3], and Taft and Harned [4] used mathematical concepts such as limit cycles and separatrices in the analysis of oscillatory and unstable phenomena, and obtained some very instructive insights into the socalled loss of synchronous phenomenon. Nevertheless, there is still a lack of a comprehensive mathematical analysis in this kind of studies. In this paper a novel mathematical analysis is developed to analyze the oscillations and instability in stepper motors.The first part of this paper discusses the stability analysis of stepper motors. It is shown that the mid-frequency oscillation can be characterized as a bifurcation phenomenon (Hopf bifurcation) of nonlinear systems. One of contributions of this paper is to relate the midfrequency oscillation to Hopf bifurcation, thereby, the existence of the oscillation is provedtheoretically by Hopf theory. High-frequency instability is also discussed in detail, and a novel quantity is introduced to evaluate high-frequency stability. This quantity is very easyto calculate, and can be used as a criteria to predict the onset of the high-frequency instability. Experimental results on a real motor show the efficiency of this analytical tool.The second part of this paper discusses stabilizing control of stepper motors through feedback. Several authors have shown that by modulating the supply frequency [5], the midfrequencyinstability can be improved. In particular, Pickup and Russell [6, 7] have presented a detailed analysis on the frequency modulation method. In their analysis, Jacobi series was used to solve a ordinary differential equation, and a set of nonlinear algebraic equations had to be solved numerically. In addition, their analysis is undertaken for a two-phase motor, and therefore, their conclusions cannot applied directly to our situation, where a three-phase motor will be considered. Here, we give a more elegant analysis for stabilizing stepper motors, where no complex mathematical manipulation is needed. In this analysis, a d–q model of stepper motors is used. Because two-phase motors and three-phase motors have the same q–d model and therefore, the analysis is valid for both two-phase and three-phase motors. Up to date, it is only recognized that the modulation method is needed to suppress the midfrequency oscillation. In this paper, it is shown that this method is not only valid to improve mid-frequency stability, but also effective to improve high-frequency stability.2. Dynamic Model of Stepper MotorsThe stepper motor considered in this paper consists of a salient stator with two-phase or threephase windings, and a permanent-magnet rotor. A simplified schematic of a three-phase motor with one pole-pair is shown in Figure 1. The stepper motor is usually fed by a voltage-source inverter, which is controlled by a sequence of pulses and produces square-wave voltages. Thismotor operates essentially on the same principle as that of synchronous motors. One of major operating manner for stepper motors is that supplying voltage is kept constant and frequencyof pulses is changed at a very wide range. Under this operating condition, oscillation and instability problems usually arise.Figure 1. Schematic model of a three-phase stepper motor.A mathematical model for a three-phase stepper motor is established using q–d framereference transformation. The voltage equations forthree-phase windings are given byv a = Ri a + L*di a /dt − M*di b/dt − M*di c/dt + dλpma/dt ,v b = Ri b + L*di b/dt − M*di a/dt − M*di c/dt + dλpmb/dt ,v c = Ri c + L*di c/dt − M*di a/dt − M*di b/dt + dλpmc/dt ,where R and L are the resistance and inductance of the phase windings, and M is the mutual inductance between the phase windings. _pm a, _pm b and _pm c are the flux-linkages of thephases due to the permanent magnet, and can be assumed to be sinusoid functions of rotor position _ as followλpma = λ1 sin(Nθ),λpmb = λ1 sin(Nθ− 2π错误!未找到引用源。