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1、步进电机的原理及其使用,制作人：唐顺波、吴科、何丹丹、杨彦楠、杨敏班级：09级电气1班、2班学校：重庆理工大学,步进电机原理及使用说明,二、步进电机的分类及结构,一、步进电机简介,四、步进电机的三个中用概念,三、步进电机的工作原理及其特点,五、步进电机的驱动电源,八、步进电机的应用,九、其他说明,十、参考文献：,六、驱动控制系统组成,七、步进电机的选择,一、步进电机简介,步进电机是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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进
2、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。,种类：,励磁方式,磁阻式(反应式),永磁式,混合式,运行方式,直线型,平面型,系统构成：,步进电机,脉冲分配器,脉冲放大器,脉冲信号输入,二、步进电机的结构,步进电机的内部结构,结构,定子绕组,定子,转子,步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极。,定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。,注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。,步进电动机的定子一般为凸极式，设置多相绕组用作
3、控制绕组来接收电脉冲。转子亦为凸极，可由软铁或永久磁铁构成，也可以是带齿的圆柱形铁心。,3.1工作原理,下面将通过步进电机的工作方式来进一步阐述其工作原理：步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。,这里我们会用到几个概念：步距角、步进机的相数、拍数、保持转矩。,步距角：表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。真正的步距角和驱动器有关。相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行
4、方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。,A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。,3.1.1、三相单三拍,同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；C相通电再转30。,这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。,三相单三拍的特点：,（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步距角，用S表示。,（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。,3.1.2、三相单双六拍,三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA 共六拍
5、。,工作过程：,A相通电，转子1、3齿和A相对齐。,所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了15。,（1）BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。,A、B相同时通电,（2）AA 磁场继续对1、3齿有拉力。,总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为15。,B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。,3.1.3、三相双三拍,三相绕组的通电顺序为：AB BC CA AB 共三拍。,工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转30，即 S=30。,三.步进电动机工作原理及特点3.2 工作特点,1、输出角与输入脉冲严格成正比，且
6、在时间长同步。步进 电机的步距角不受各种干扰因素，如电压的大小、电流的数值、波形的影响，转子的速度主要取决与脉冲信号的频率，总的位移量则取决与总脉冲数。2、步进电机的转向可以通过改变通电顺序来改变。3、转子惯量小，启、停时间短。4、步进电机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电机就可以保持在该固定位置。5、步进电机的步进角有误差、转子转过一定步数以后也会出现累计误差，但转子转过一转时间以后，其累积误差为零，不会长期积累。6、与计算机接口容易，维修方便，寿命长。步进电机本身就是一个数/模转换器，能够直接接受计算机的输出的数字量。7、能量效率低，存在失步现象。,四、步进电机的三个重要概念
7、,一、转角由脉冲数产生二、转速由脉冲频率产生三、转向由方向信号决定,五、步进电机的驱动电源,1、步进电机应由专用的驱动电源来供电，由驱动电源和步进电机组成一套伺服装置来驱动负载工作。2、步进电机的驱动电源，主要包括边频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器等三个部分，如图14所示。,六、驱动控制系统组成,使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下：1、脉冲信号的产生 脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。,2、信号分配应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种。3、功率放大功
8、率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。电压对力矩影响如右：4、细分驱动器,七、步进电机的选择,步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1、步距角的选择2、静力矩的选择3、电流的选择综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：,八、步进电机的应用,1.步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。一般涉及到定位的场合都用得到。2.广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机
9、、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。3.步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，,应用案例,粉剂包装机,stone:步进电机控制打料螺杆灌装精度准确，该机用于包装袋装的粉状类，计量系统为步进电机控制。如：农药、化肥、兽药、饲料、面膜粉、奶粉、调味品等。螺杆灌装适用于流动性不好的物料，具有快速、准确、经济、实用的优点。,stone:电脑控制程序，即时显示光盘存储库的工作状态，应用于图书馆光盘管理及一些档案管理等,光盘选取机,电压互感器专用绕线机,stone:失血量在20以上，需要常规配血的手术，,自体血液回收机,商用
10、表格印刷机,数控高压水射流切割机,喷泉喷头角度控制,小制作中用到的一些步进电机,九、其他说明,有关低频振动、升降速、机械共振、工作往复运动的误差、平面圆弧X、Y插补误差以及其他问题。具体解决办法在此不做叙述 不同厂家的电机在设计、使用材料及加工工艺方面差别很大，选用步进电机应注重可靠性而轻性能、重品质而轻价格。步进电机的精度有以下指标确定：零位误差和不灵敏区、步距误差步距、累积误差,十、参考文献,机电一体化概论（赵再军 编）控制电机（李光友 编）汤蕴璆，史乃，沈文豹。电机理论与运行：上、下册M。北京：水利电力出版社，19831984.李发海等。电机学M.第二版。北京：科学出版社，1991.汤蕴璆，张奕黄，范瑜。交流电机动态分析M.北京：机械工业出版社，2005.,
