DCV-03數(shù)字閥步進電機制動原理

 

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，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。

一、步進電機的構(gòu)造（以5相步進為例）

步進電機的構(gòu)造主要采用圖示的方式進行講解：

步進電動機構(gòu)造上大致分為定子與轉(zhuǎn)子兩部分。 轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子 1、轉(zhuǎn)子 2、磁鋼等 3 部分構(gòu)成。而且轉(zhuǎn)子朝軸方向已經(jīng)磁化，轉(zhuǎn)子 1 為 N 極時，轉(zhuǎn)子 2 則為 S 極。

 

定子擁有小齒狀的磁極，共有 10個，皆繞有線圈。 其線圈的對角位置的磁極相互連接著，電流流通后，線圈即會被磁 化成同一極性。（例如某一線圈經(jīng)由電流的流通后，對角線的磁極將 同化成 S 極或 N 極。） 對角線的 2個磁極形成 1個相，而由于有 A相至 E相等 5個相位，因此稱為 5 相步進電動機。

 

系統(tǒng)構(gòu)成圖示

 

轉(zhuǎn)子的外圈由 50個小齒構(gòu)成，轉(zhuǎn)子 1 和轉(zhuǎn)子 2 的小齒于構(gòu)造上互 相錯開 1/2 螺距。由此轉(zhuǎn)子形成了100個小齒。目前已經(jīng)有轉(zhuǎn)子單個加工至100齒的高分辨率型，那么高分辨率型的轉(zhuǎn)子就有200個小齒。因此其機械上就可以實現(xiàn)普通步進電機半步(普通步進電機半步需要電氣細分達到)的分辨率。

 

電動機構(gòu)造圖2∶與轉(zhuǎn)軸成垂直方向的斷面圖

二、步進電機的運轉(zhuǎn)原理。

實際上經(jīng)過磁化后的轉(zhuǎn)子及定子的小齒的位置關(guān)系，在此說明如下。 首先解釋勵磁，勵磁就是指電動機線圈通電時的狀態(tài)。

●    A相勵磁

將 A 相勵磁，會使得磁極磁化成 S 極，而其將與帶有 N極磁性的 轉(zhuǎn)子 1 的小齒互相吸引，并與帶有S極磁性的轉(zhuǎn)子 2 的小齒相斥， 于平衡后停止。此時，沒有勵磁的 B相磁極的小齒和帶有 S極磁性 的轉(zhuǎn)子 2 的小齒互相偏離 0.72°。以上是 A 相勵磁時的定子和轉(zhuǎn)子小齒的位置關(guān)系。

 

●     B相勵磁

其次由 A 相勵磁轉(zhuǎn)為 B 相勵磁時，B 相磁極磁化成 N 極，與擁有 S極磁性的轉(zhuǎn)子 2 互相吸引，而與擁有 N極磁性的轉(zhuǎn)子 1 相斥。

 

也就是說，從 A 相勵磁轉(zhuǎn)換至 B 相勵磁時，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動 0.72°。由此可知， 勵磁相位隨 A相→ B相→ C相→ D相→ E相→ A相依次轉(zhuǎn)換，則步進電動機以每次 0.72°做正確的轉(zhuǎn)動。同樣的，希望作反方向轉(zhuǎn)動時，只需將勵磁順序倒轉(zhuǎn)，依照 A相→ E相→ D相→ C相→ B相→ A相勵磁即可。

0.72°的高分辨率，是取決于定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)造上的機械偏移量，所以不需要編碼器等傳感器即可正確的定位。下圖就5相步進每次的位移量是0.72°進行更詳細的說明:

 

由于組定子正好與轉(zhuǎn)子相對應(yīng)吸引。就勢必會導(dǎo)致第二組定子與對應(yīng)的轉(zhuǎn)子相偏離（定子與轉(zhuǎn)子齒距一樣，但是各自所在的2個圓不一樣大）。而這個偏離值正好是齒距的十分之一。因此普通5相步進的步距角為：360°/50齒/10=0.72°

高分辨率5相步進的步距角為：360°/100齒/10=0.36°

另外，就停止精度而言， 會影響的只有定子與轉(zhuǎn)子的加工精度、組裝精度、及線圈的直流電阻的不同等而已，因此可獲得 ±3 分（無負載時）的高停止精度。 實際上步進電動機是由驅(qū)動器來進行勵磁相的轉(zhuǎn)換，而勵磁相的轉(zhuǎn)換時機則是由輸入驅(qū)動器的脈沖信號所進行。以上舉的是 1相位勵磁的例子，實際運轉(zhuǎn)時，為有效利用線圈同時進行 4相或 5相勵磁的。

三、步進電動機的特征

1、運轉(zhuǎn)需要的三要素：控制器、驅(qū)動器、步進電動機

 

以上三部分是步進電機運轉(zhuǎn)*的三部分。控制器又叫脈沖產(chǎn)生器，目前主要有PLC、單片機、運動板卡等等。

2、運轉(zhuǎn)量與脈沖數(shù)的比例關(guān)系

 

3、運轉(zhuǎn)速度與脈沖速度的比例關(guān)系

 

4、本身具有保持力

步進電機只有在通電狀況下，才具備自我保持力。在停電狀況下 ，自我保持力消失。

因此在升降設(shè)備傳動時，務(wù)必使用附電磁剎車型步進電機。

四、結(jié)束語

雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下就能使用。它必須由脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。但是萬丈高樓平地起，從步進電機的基礎(chǔ)開始學(xué)習(xí)，無疑為將來的應(yīng)用打好扎實的基礎(chǔ)。