深圳金源電機 步進電機簡介及控制原理
步進電機是執(zhí)行元件,是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展,步進電機的需求量與日俱增,在國民經(jīng)濟各個領(lǐng)域都有應(yīng)用。
步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講:當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號時,就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”),它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的,通過控制脈沖個數(shù)控制角位移量,達到準確定位的目的,同時通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,達到調(diào)速的目的。步進電機作為一種控制用的特種電機,其沒有積累誤差(精度為100%),被廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。
一、步進電機的種類
永磁式步進電機一般為兩相,轉(zhuǎn)矩和體檢較小,步踞角一般為7.5度或15度,多用于空調(diào)風擺上。
反應(yīng)式步進電機常見的有三相反應(yīng)式,步踞角為1.5度。
混合式步進電機常見的有兩相、三相、四相、五相混合式。兩相和四相混合式可以通用驅(qū)動器,步踞角多是1.8度,具有體積小、大力距、低噪音的特點。五相混合式步踞角為0.72度,分辨率高,但是驅(qū)動電路復(fù)雜,接線麻煩。三相混合式步踞角為1.2度,其擁有比兩相、五相混合式更多的磁極,有利于電機夾角的對稱,因而比兩相、五相精度更高,誤差更小,運行更平穩(wěn)。
二、步進電機的相關(guān)概念
步進電機的精度:步進電機的精度為步進角的3%―5%,且不累積。
步踞角:就是發(fā)送一個脈沖,電機對應(yīng)轉(zhuǎn)動的角度。
定位轉(zhuǎn)矩:是指步進電機不通電的情況下,定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。
運行頻率:步進電機不失步運行的最高頻率。
細分驅(qū)動器:主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動,提高電機的運作精度,減少噪音。
三、步進電機的特征
1.高精度的定位。
步進電機的最大特征是能夠簡單地做到高精度的定位控制。以五相步進電機為例:其定位基本單位(分辨率)為0.72度(全步級)/0.36度(半步級),是非常小的;停止定位精度誤差皆在±3分(±0.05度)以內(nèi),且無累計誤差,因而能達到高精度的定位控制。(步進電機的定位精度取決于電機本身的機械加工精度)
2.位置及速度控制。
步進電機在輸入脈沖信號時,可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉(zhuǎn),進而得到靈活的角度控制(位置控制),并可得到與該脈沖信號周波數(shù)(頻率)成比例的回轉(zhuǎn)速度。
3.具定位保持力。
步進電機在停止狀態(tài)下(無脈波信號輸入時)仍具有激磁保持力,因此,即使不依靠機械式的剎車,也能做到停止位置的保持。
4.動作靈敏。
步進電機因為加速性能優(yōu)越,所以可做到瞬時起動、停止、正反轉(zhuǎn)等快速、頻繁的定位動作。
5.開回路控制,不必依賴傳感器定位。
步進電機的控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單,不需要速度感應(yīng)器(ENCODER、轉(zhuǎn)速發(fā)電機)及位置傳感器(SENSOR),就能以輸入的脈波達到速度與位置的控制。也因其屬開回路控制,所以最適合于短距離、高頻度、高精度等定位控制的場合下使用。
6.中低速時具備高轉(zhuǎn)矩。
步進電機在中低速時具有較大的轉(zhuǎn)矩,所以能夠較同級伺服電機提供更大的扭力輸出。
7.高信賴性。
使用步進電機裝置與使用離合器、減速機及極限開關(guān)等其它裝置相較,步進電機的故障及誤動作少,所以在檢查及保養(yǎng)時也較簡單容易。
8.體積小,功率高。
步進電機體積小、扭力大,在狹窄的空間內(nèi)也可順利做安裝,并提供高轉(zhuǎn)矩輸出。
四、步進電機的控制原理
步進電機是數(shù)字控制電機,它將脈沖信號轉(zhuǎn)變成角位移,即給一個脈沖信號,步進電機就轉(zhuǎn)動一個角度,因此非常適合于單片機控制。
步進電機區(qū)別于其他控制電機的最大特點是:它是通過輸入脈沖信號進行控制的,即電機的總轉(zhuǎn)動角度由輸入脈沖數(shù)決定,而電機的轉(zhuǎn)速則由脈沖信號頻率決定。
步進電機的驅(qū)動電路根據(jù)控制信號工作,而控制信號則由單片機產(chǎn)生。其基本原理如下:
(一)控制換相順序。
通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如:三相步進電機的三拍工作方式,其各相通電順序為A―B―C―D,通電控制脈沖就必須嚴格按照這一順序分別控制A,B,C,D,進行電的通斷。
(二)控制步進電機的轉(zhuǎn)向。
如果給定工作方式是正序換相通電,步進電機就正轉(zhuǎn);如果按反序通電換相,步進電機就反轉(zhuǎn)。
(三)控制步進電機的速度。
如果給步進電機發(fā)一個控制脈沖,它就轉(zhuǎn)一步,再發(fā)一個脈沖,它就再轉(zhuǎn)一步。兩個脈沖的間隔越短,步進電機就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機發(fā)出的脈沖頻率,就可以對步進電機進行調(diào)速。
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