步进电机因其在速度和位置控制精度上的优秀性能,在电机行业中应用广泛。对于步进电机的架构和驱动方式、工作原理、应用中的注意事项,我们将进行深度剖析。
步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为"步距角")一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角,所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此控制步进脉冲信号的频率,可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数,可以对电机精确定位目的。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。
一、步进电机的构造(以五相步进电机为例)
步进电机的构造如下图所示,大致分为定子和转子两部分。转子由转子1、转子2和永久磁钢组成。
定子拥有小齿状的磁极,共有 10个,皆绕有线圈。 其线圈的对角位置的磁极相互连接着,电流流通后,线圈即会被磁 化成同一极性。(例如某一线圈经由电流的流通后,对角线的磁极将 同化成 S 极或 N 极。) 对角线的 2个磁极形成 1个相,而由于有 A相至 E相等 5个相位,因此称为 5 相步进电动机。
转子的外圈由 50个小齿构成,转子 1 和转子 2 的小齿于构造上互 相错开 1/2 螺距。由此转子形成了100个小齿。目前已经有转子单个加工至100齿的高分辨率型,那么高分辨率型的转子就有200个小齿。因此其机械上就可以实现普通步进电机半步(普通步进电机半步需要电气细分达到)的分辨率。
二、步进电机工作原理
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。
三、步进电机的控制