步进电机式电子膨胀阀工作及驱动原理ZLin
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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。
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
1
T
2
3
TC
热气旁通阀
3
T
TC
4
2
4-20mA/0-10V
5
1
冷凝压力调节阀
P
2 1
3 4-20mA/0-10V
TC
蒸发压力调节阀
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°
L4
L1…N极, 回复至初始位置
L1
S
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） 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
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）
步进电机的种类
步进电机的分类: (A) 构造上分类
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)
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。
其他特性-振动和频率
共振区
步进电机的优缺点
优点
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
正反转启动，停止，控制容易 角度误差不累积 低转速，高扭矩 无电刷，可靠性高，价格低
缺点
稳定时间长
步进角度固定，应用弹性小
存在失步和共振现象 难以运转到较高转速
步进电机在制wk.baidu.com领域流体控制中的应用
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。
螺纹套
芯套 芯套支撑 弹簧垫圈
定位圈 锥针
基本构造
混合型（HB）
艾默生EX4-8系列
接线柱
导杆
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
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
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。
步进电机的工作原理
动作顺序：(1-1相)
L1…N极, 初始位置 L2…N极,L1 Off回转子顺时针
曲轴箱压力调节阀
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。
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。
(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)
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
阀体
弹簧
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。
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
1
T
2
3
TC
热气旁通阀
3
T
TC
4
2
4-20mA/0-10V
5
1
冷凝压力调节阀
P
2 1
3 4-20mA/0-10V
TC
蒸发压力调节阀
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°
L4
L1…N极, 回复至初始位置
L1
S
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） 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
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）
步进电机的种类
步进电机的分类: (A) 构造上分类
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)
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。
其他特性-振动和频率
共振区
步进电机的优缺点
优点
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
正反转启动，停止，控制容易 角度误差不累积 低转速，高扭矩 无电刷，可靠性高，价格低
缺点
稳定时间长
步进角度固定，应用弹性小
存在失步和共振现象 难以运转到较高转速
步进电机在制wk.baidu.com领域流体控制中的应用
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。
螺纹套
芯套 芯套支撑 弹簧垫圈
定位圈 锥针
基本构造
混合型（HB）
艾默生EX4-8系列
接线柱
导杆
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
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
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。
步进电机的工作原理
动作顺序：(1-1相)
L1…N极, 初始位置 L2…N极,L1 Off回转子顺时针
曲轴箱压力调节阀
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。
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。
(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)
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
阀体
弹簧