步进电机技术指标汇总

5. 步进电机

步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的机电执行元件. 步进电机的转子上无绕组,且均匀分布若干个齿,定子上有激磁绕组.当输给激磁绕组一个电脉冲时,转子就转过一个相应的角度,称为步距角.步进电机的角位移和输入脉冲的个数严格成正比,在时间上与输入脉冲同步.步进电机的调速范围,响应特性,位置精度等都能满足一定场合的应用要求.

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5.1 步进电机的工作原理

以三相三拍步进电机为例, 如果按照A→B→C→A的顺序通电,转子则沿逆时针方向一步步地转动,每步转过30°,显然,单位时间内通入的电脉冲数越多, 即电脉冲的频率越高,电机转速越高. 如果按照A→C→B→A…的顺序通电,步进电机将沿着顺时针方向一步步地转动.因而只要控制输入脉冲的数量,频率和通电绕组的相序,即可获得所需转角,转速及旋转方向.

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5.1 步进电机的工作原理(续)

从一相通电换接到另一相通电称为一拍.每一拍转子转动一个步距角.三相激磁绕组一次单独通电运行,换接三次完成一个通电循环,称为三相单三拍通电方式. 还有一种是步进电机按三相六拍通电方式工作,即按照

A→AB→B→BC→C→CA→…顺序通电,换接六次完成一个通电循环.这种通电方式的步距角为15°. 步进电机的步距角越小,则所能达到的位置精度越高.为此需要将转子做成多齿,并在定子磁级上也制成小齿. 在步进电机步距角不能满足使用的条件下,可采用细分驱动器来驱动步进电机,细分驱动器的原理是通过改变相邻(A,B)电流的大小,以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的.

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5.2 步进电机的主要特性

1. 步距角每输入一个脉冲信号,转子所转过的角度称为步距角,即:

α=

360 mK Z

式中, m 定子激磁绕组相数; Z 转子齿数; K 通电方式.(单拍时K = 1,双拍时K = 2 )

2. 矩角特性,最大静态转矩Mjmax和启动转矩Mq 描述步进电机静态时电磁转矩Mj与失调角θ之间关系特性曲线称为矩角特性. 步进电机矩角特性曲线上电磁转矩的最大值称为静态转矩.它表示步进电机承受变负载的能力. 步进电机运行状态的最大启动转矩为Mq.只有当负载转矩Mf小于Mq,电机才能正常启动;否则,容易造成丢步,电机也不能正常启动.

5.2 步进电机的主要特性(续)

3. 启动频率fq和启动时的惯频特性空载时,步进电机由静止突然启动并进入不丢步的正常运行所允许的最高频率,称为启动频率或突跳频率,用fq表示.fq是反映步进电机快速性能的重要指标.若启动时频率大于fq,步进电机就不能正常启动.因此, 空载启动时,步进电机定子绕组通电状态变化的频率不能高于fq.

4. 连续运行的最高工作频率fmax和矩频特性步进电机连续运行时所能接受的,即不丢步运行的极限频率称为最高工作频率,记为fmax.它是决定定子绕组通电状态最高变化频率的参数,即决定了步进电机的最高转速. 步进电机运行时,当控制脉冲的转换间隔小于电机的电磁和机械的过渡过程,即前一个脉冲信号使步进

电机步距运动速度尚未达到零,新的脉冲随即到来时,步进电机是按与控制脉冲频率相应的同步速度作连续运行的. 在连续运行状态下,步进电机的电磁力矩是随着频率的升高而急剧下降的.

步进电机示例

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6. 对主轴驱动系统的要求

机床的主轴驱动和进给驱动有很大的差别,机床主轴运动通常是旋转运动,无需丝杠或其他直线运动装置. 在上世纪60年代中期,采用三相感应电机配上多级变速箱被认为是机床主轴传动的满意结构; 但是,随着生产率的不断提高,机床结构有了很大的改进,由于要求进一步提高机床的生产率和刀具的利用率,对主轴驱动提出了更高的要求,既要能输出大功率,又要求结构简单,有更大的无级调速范围.如要求能在1:100～1:1000范围内进行恒转矩调速和1:10的恒功率调速,而且要求在主轴的两个转向中的任一方向都可以进行传动和减速. 在一些机床上对主轴传动有特殊的要求.如为使数控车床等具有螺纹切削功能,要求主轴能与进给驱动实现同步控制.在加工中心上为了实现自动换刀,要求主轴能进行高精度准停控制.

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6. 对主轴驱动系统的要求(续)

电机的输出功率要大; 在大的调速范围内速度应该稳定,而且恒功率的速度范围宽; 在断续负载下电机转速波动小; 加速和减速时间短; 电机温升低; 振动,噪声小; 电机的可靠性高,寿命长,维护容易; 体积小,重量轻与机械装置连接容易; 电机抗过载能力强;