步进电机式电子膨胀阀工作及驱动原理-ZLin-2011-3-31
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1) 可变磁阻型或反应型(VR型) (Variable Reluctance) 2) 永磁型(PM型) (Permanent Magnet) 3) 混合型(HB型) (Hybrid)
(B) 驱动方式分类
1) 双极驱动型(Bipolar) 2) 单极驱动型(Unipolar)
(C) 其它
1) 线性型 (Linear Stepper Motor)
步进电机的工作原理
动作顺序：(1-1相)
L1
L1…N极, 初始位置 L2…N极,L1 Off回转子顺时针 转90° L3…N極,L2 Off回转子顺时针 转90° L4…N極,L3回转子顺时针转90°
S
L4
L1…N极, 回复至初始位置
L2
N
L3
基本参数-固有步距角
固有步距角
即控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。 电机出厂时给出了一个步距角的值，如艾默生EX4-8系列 给出的值为1.8°（表示整步工作时为1.8°） 通常步进电机步距角β的一般计算按下式计算。 β=360°/（Z· m· K）
单极驱动式
双极驱动式
双极驱动式
静态特性 – 转矩(T)和角度(Ɵ)
动态特性
暂态特性
其他特性-电流/电压与温升的关系
其他特性-温升与转矩的关系
温升和转矩关系
45 40 35 转矩(g.cm)
30
25 20 15 10 5 脱出转矩 引入转矩
0
25 50 70 80 110
温升(C)
其他特性-振动和频率
基本参数-拍数
步进电机的拍数
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，
四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB ，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角 ：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。 θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转 子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（ 50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360 度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。
基本构造
可变磁阻型 （VR）
基本构造
永磁型 （PM）
Saginomia 电子膨胀阀
上顶盖 主弹簧 转子 转子 本体 弹簧 芯套 芯套支撑 弹簧垫圈 定位圈
阀体
螺纹套
锥针
基本构造
混合型（HB）
艾默生EX4-8系列
导杆 接线柱 传动轴 流口(水珠形)
混合型，双极驱动步进电机
阀瓣(陶瓷)
单极驱动式
步进电机基本工作原理
例如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。
步进电机驱动式 电子膨胀阀
内容
步进电机简介 步进电机的工作原理
步进电机的基本构造
步进电机的类别 步进电机的静/动态指标及术语 步进电机驱动式电子膨胀阀的主要应用
步进电机简介
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。
基本参数-保持转矩
保持转矩
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，3N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保 持转矩为3N.m的步进电机。
β―步进电机的步距角； Z―转子齿数； m―步进电动机的相数； K―控制系数，是拍数与相数的比例系数
基本参数-相数
步进电机的相数
电机内部的线圈组数，通常用m表示；目前常用的有二相 、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角 也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为 0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。 注：在没有细分驱动器时，OEM主要靠选择不同相数的步进 电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则 ‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分 数，就可以改变步距角。
共振区
步进电机的优缺点
优点 缺点
脉冲信号做开环控制，系统简 单 电机速度与脉冲信号成正比， 控制容易
稳定时间长 步进角度固定，应用弹性小
正反转启动，停止，控制容易
角度误差不累积 低转速，高扭矩
存在失步和共振现象
难以运转到较高转速
无电刷，可靠性高，价格低
步进电机在制冷领域流体控制中的应用
基本参数
步进电机的精度
步进电机在转动时，每个步距角的误差 一般为步距角的3~5%，且不会累积。
Ɵn = 理论步距角 ɑn = 实际电动机轴停止的位置 Δ Ɵn = 角度差
步进电机的激磁方式 （1-1相）
步进电机激磁方式 （2-2相）
来自百度文库
步进电机的种类
步进电机的分类: (A) 构造上分类
电子膨胀阀
热气旁通阀 喷液阀
冷凝压力调节阀
曲轴箱压力调节阀
蒸发压力调节阀
电子膨胀阀 – 热泵系统
2
EC3-X33
1
喷液阀
4-20mA/0-10V
2
1
T
3
TC
热气旁通阀
2
3 5
4-20mA/0-10V
1
T
TC
4
冷凝压力调节阀
P
2 1
3
4-20mA/0-10V
TC
蒸发压力调节阀
曲轴箱压力调节阀
(B) 驱动方式分类
1) 双极驱动型(Bipolar) 2) 单极驱动型(Unipolar)
(C) 其它
1) 线性型 (Linear Stepper Motor)
步进电机的工作原理
动作顺序：(1-1相)
L1
L1…N极, 初始位置 L2…N极,L1 Off回转子顺时针 转90° L3…N極,L2 Off回转子顺时针 转90° L4…N極,L3回转子顺时针转90°
S
L4
L1…N极, 回复至初始位置
L2
N
L3
基本参数-固有步距角
固有步距角
即控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。 电机出厂时给出了一个步距角的值，如艾默生EX4-8系列 给出的值为1.8°（表示整步工作时为1.8°） 通常步进电机步距角β的一般计算按下式计算。 β=360°/（Z· m· K）
单极驱动式
双极驱动式
双极驱动式
静态特性 – 转矩(T)和角度(Ɵ)
动态特性
暂态特性
其他特性-电流/电压与温升的关系
其他特性-温升与转矩的关系
温升和转矩关系
45 40 35 转矩(g.cm)
30
25 20 15 10 5 脱出转矩 引入转矩
0
25 50 70 80 110
温升(C)
其他特性-振动和频率
基本参数-拍数
步进电机的拍数
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，
四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB ，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角 ：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。 θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转 子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（ 50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360 度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。
基本构造
可变磁阻型 （VR）
基本构造
永磁型 （PM）
Saginomia 电子膨胀阀
上顶盖 主弹簧 转子 转子 本体 弹簧 芯套 芯套支撑 弹簧垫圈 定位圈
阀体
螺纹套
锥针
基本构造
混合型（HB）
艾默生EX4-8系列
导杆 接线柱 传动轴 流口(水珠形)
混合型，双极驱动步进电机
阀瓣(陶瓷)
单极驱动式
步进电机基本工作原理
例如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。
步进电机驱动式 电子膨胀阀
内容
步进电机简介 步进电机的工作原理
步进电机的基本构造
步进电机的类别 步进电机的静/动态指标及术语 步进电机驱动式电子膨胀阀的主要应用
步进电机简介
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。
基本参数-保持转矩
保持转矩
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，3N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保 持转矩为3N.m的步进电机。
β―步进电机的步距角； Z―转子齿数； m―步进电动机的相数； K―控制系数，是拍数与相数的比例系数
基本参数-相数
步进电机的相数
电机内部的线圈组数，通常用m表示；目前常用的有二相 、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角 也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为 0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。 注：在没有细分驱动器时，OEM主要靠选择不同相数的步进 电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则 ‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分 数，就可以改变步距角。
共振区
步进电机的优缺点
优点 缺点
脉冲信号做开环控制，系统简 单 电机速度与脉冲信号成正比， 控制容易
稳定时间长 步进角度固定，应用弹性小
正反转启动，停止，控制容易
角度误差不累积 低转速，高扭矩
存在失步和共振现象
难以运转到较高转速
无电刷，可靠性高，价格低
步进电机在制冷领域流体控制中的应用
基本参数
步进电机的精度
步进电机在转动时，每个步距角的误差 一般为步距角的3~5%，且不会累积。
Ɵn = 理论步距角 ɑn = 实际电动机轴停止的位置 Δ Ɵn = 角度差
步进电机的激磁方式 （1-1相）
步进电机激磁方式 （2-2相）
来自百度文库
步进电机的种类
步进电机的分类: (A) 构造上分类
电子膨胀阀
热气旁通阀 喷液阀
冷凝压力调节阀
曲轴箱压力调节阀
蒸发压力调节阀
电子膨胀阀 – 热泵系统
2
EC3-X33
1
喷液阀
4-20mA/0-10V
2
1
T
3
TC
热气旁通阀
2
3 5
4-20mA/0-10V
1
T
TC
4
冷凝压力调节阀
P
2 1
3
4-20mA/0-10V
TC
蒸发压力调节阀
曲轴箱压力调节阀