步进电机课程设计报告.pdf
步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。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,即给步进电机加一个脉冲信号,步进电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性频率来实现步进电机的调速,并且步进电机没有积累误差。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变得非常的简单。
步进电机的调速一般是改变输入步进电机的脉冲的转动一个固定的角度,这样就可以通过控制步进电机的一个脉冲到下一个脉冲的时间间隔来改变脉冲的频率,延时的长短来具体控制步进角来改变电机的转速,从而实现步进电机的调速。
步进电机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成,由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。主要用于数字控制系统中,精度高,运行可靠。如采用位置检测和速度反馈,亦可实现闭环控制。
步进电机已广泛地应用于数字控制系统中,如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中,另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。
永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度;反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛,本次设计使用四相步进电机。
步进电机的特点包括:
1. 一般步进电机的精度为步进角的3-5%,角位移与输入脉冲数严格成正比,没有累计误差,具有良好的跟随性。
2. 步进电机外表不允许较高的温度,步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至于失步,因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点。
3. 步进电机的力矩会随转速的升高而下降,当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。
4. 步进电机自身的噪声和振动较大,带惯性负载的能力较差。
5. 由步进电机与驱动电路组成的开环数控系统,既非常简单、廉价,又非常的可靠。同时,它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。
6. 步进电机的动态响应快,易于启停,正反转及变速。
7. 速度可在相当宽的范围内平滑调节,低速下仍能保证获得大转矩,因而,一般可以不用减速器而直接驱动负载。
8. 步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行,它不能直接使用交流电源和直流电源。
9. 步进电机存在振荡和失步现象,必须对控制系统和机械负载采取相应的措施。
10. 步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机是一种非常有用的执行机构,在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高,步进电机将会在更多的领域得到应用。