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    步進電機重要的技術參數有哪些(步進電機有哪幾種基本類型)

    2022-11-09??瀏覽次數:1

    步進電機也叫步進器,利用電磁原理將電能轉化為機械能。

    早在20世紀20年代,人們就開始使用這種發動機。隨著嵌入式系統(如打印機、磁盤驅動器、玩具、雨刷、振動尋呼機、機械臂、錄像機等)的日益普及。),步進電機的使用也爆炸了。無論在工業、軍事、醫療、汽車還是娛樂領域,只要需要將物體從一個位置移動到另一個位置,步進電機就一定會派上用場。步進電機有很多種形狀和尺寸,但不論形狀和尺寸,都可以歸為兩類:變磁阻步進電機和永磁步進電機。

    步進電機由纏繞在電機固定部分定子齒槽上的一組線圈驅動。通常情況下,纏繞成圓形的導線稱為螺線管,而在電機中,纏繞在齒上的導線稱為繞組、線圈或相。

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    步進電機加減速過程控制技術

    由于步進電機的廣泛應用,對步進電機控制的研究也越來越多。啟動或加速時,如果步進脈沖變化過快,轉子由于慣性跟不上電信號的變化,導致堵轉或失步。停車或減速時,可能會導致過步。為了防止堵轉、失步和過步,提高工作頻率,需要控制步進電機的速度。

    步進電機的轉速取決于脈沖頻率、轉子齒數和拍數。其角速度與脈沖頻率成正比,并與脈沖在時間上同步。因此,當轉子齒數和運轉節拍數恒定時,僅通過控制脈沖頻率就可以獲得所需的速度。因為步進電機是靠其同步轉矩啟動的,為了不丟步,啟動頻率不高。特別是隨著功率的增大,轉子的直徑和慣量增大,起動頻率和最大工作頻率可能相差十倍之多。

    步進電機的啟動頻率特性使得步進電機在啟動時不可能直接達到運行頻率,而是需要一個啟動過程,即從低速逐漸提高速度到運行速度。停車時,運行頻率不可能馬上降到零,應該有一個高速逐漸減速到零的過程。

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    步進電機的輸出轉矩隨著脈沖頻率的增加而減小。起動頻率越高,起動轉矩越小,驅動負載的能力越差。啟動時會造成失步,停止時會造成超調。要使步進電機快速達到要求的速度而不失步或超調,關鍵在于使加速所需的轉矩既充分利用步進電機在各種工作頻率下提供的轉矩,又不超過這個轉矩。所以步進電機的運行一般要經歷加速、恒速、減速三個階段,這就要求加速和減速過程時間盡可能短,恒速時間盡可能長。特別是在要求反應迅速的工作中,從起點到終點的運行時間最短,要求加減速過程最短,恒速時速度最高。

    國內外科技工作者對步進電機的速度控制技術做了大量的研究,建立了各種加減速控制的數學模型,如指數模型和線性模型等。在此基礎上,他們設計開發了各種控制電路,改善了步進電機的運動特性,推廣了步進電機的應用范圍。指數加減速考慮了步進電機固有的矩頻特性,既能保證步進電機在運動中不失步,又能充分發揮其固有特性。加減速時間縮短,但由于電機負載的變化,很難實現。線性加減速只考慮了電機角速度在負載能力范圍內與脈沖成正比的關系,不隨電源電壓和負載環境的波動而變化。這種加速方法的加速度是恒定的,其缺點是沒有充分考慮輸出轉矩o

    步進電機的細分驅動控制

    步進電機受自身制造工藝的限制,比如步距角由轉子齒數和運行節拍數決定,但轉子齒數和運行節拍數是有限的。因此,步進電機的步距角一般較大且固定,分辨率低,缺乏靈活性,低頻振動,噪聲比其他微電機高,使物理器件容易疲勞或損壞。這些缺點使得步進電機只能用于一些要求不高的場合,而閉環控制只能用于要求高的場合,增加了系統的復雜性。這些缺點嚴重限制了步進電機作為優秀開環控制元件的有效使用。細分技術在一定程度上有效地克服了這些缺點。

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    步進電機細分驅動技術是90年代中期發展起來的一種驅動技術,可以顯著提高步進電機的綜合性能。年美國增量運動控制系統與器件年會上,美國學者首次提出了步進電機步距角細分的控制方法。在隨后的二十年里,步進電機細分驅動得到了很大的發展。逐步發展到90年代完全成熟。國內對分段驅動技術的研究幾乎和國外一樣。

    90年代中期,大發展。主要應用于工業、航空航天、機器人、精密測量等領域,如跟蹤衛星的光電經緯儀、軍用儀器、通信和雷達等。隨著細分驅動技術的廣泛應用,電機的相數不再受步距角的限制,給產品設計帶來了方便。目前,在步進電機的細分驅動技術中,采用了斬波恒流驅動、儀表脈寬調制驅動和電流矢量等幅勻速旋轉驅動控制,大大提高了步進電機的運行精度,使步進電機在中、小功率應用領域向高速、精密方向發展。

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    首先,步進電機的相電流控制由硬件實現。通常采用兩種方法,多路功率開關電流供電和繞組上電流疊加。這種方法使功率管損耗較小,但由于電路數量多,器件多,體積大。

    首先疊加脈沖信號,然后通過功率管道放大得到階躍電流。優點是使用的器件數量少,但功率管功耗高,系統功率低。如果電子管工作在非線性區,就會引起失真。由于其不可克服的缺點,這兩種方法目前很少使用。

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