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二、步進(jìn)電動機(jī)及其驅(qū)動
(一)步進(jìn)電動機(jī)
Ⅰ:原理:
步進(jìn)電動機(jī)是一種同步電動機(jī),是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移(或直線位移)的執(zhí)行元件。這種電動機(jī),每施加一個電脈沖,其轉(zhuǎn)軸就轉(zhuǎn)過一個角度,稱為一步。脈沖數(shù)增加,角(或直線)位移隨之增加;脈沖頻率高,電動機(jī)旋轉(zhuǎn)速度就快,反之則慢;分配脈沖的相序改變,電動機(jī)便反轉(zhuǎn)。
步進(jìn)電動機(jī)繞組所加電源既不是恒定直流,也不是正弦交流,而是脈沖電壓,所以有時也稱為脈沖電動機(jī)。
Ⅱ :分類:
步進(jìn)電動機(jī)的種類很多,有多種分類方法。若按工作原理分類,則可將步進(jìn)電動機(jī)分為:
反應(yīng)式(磁阻式)、電磁式、永磁式和永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)。其中反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)比較常用。
1.反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)
電動機(jī)定子有A、B、C三對磁極。在相應(yīng)的磁極上繞有A、B、C三相控制繞組。
(1)當(dāng)A、B、C三對磁極的繞組依次輪流通過直流電時,則A、B、C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。
首先,當(dāng)A相繞組通電,B、C兩相斷電時,轉(zhuǎn)子的齒1、3分別被定子磁極A—A’吸引而對齊。
然后,A相斷電,B相通電,于是轉(zhuǎn)子的2、4兩齒被定子磁極B—B’吸引,這時轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)了30,接下去B相斷電,C相通電,轉(zhuǎn)子1、3齒與定子磁極C-C′軸線對齊,轉(zhuǎn)子又逆時針轉(zhuǎn)過了30。
這種按A→B→C→A→B→C→A…順序輪流通電的方式稱為三相單三拍。“三相”是指定子有三相繞組A、B、C,“單”是指每次只有一相繞組單獨(dú)通電,“三拍”是指經(jīng)過三次經(jīng)過切換控制繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)。每一拍,即輸入一個脈沖信號,都使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個角度,稱之為步距角θs。
(2)計(jì)算公式如下:
步距角 Θs=360/mkz
m ——步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù);
k ——與通電方式有關(guān)的系數(shù),如單拍或雙拍是為1,單、雙拍是為2;
z ——不僅電動機(jī)轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。
(3)步進(jìn)電動機(jī)也可以采用三相單、雙拍通電方式,通電順序?yàn)锳→AB→B→BC→C→CA→A……
轉(zhuǎn)速: n=60f/NZ (轉(zhuǎn)/分)
N =mk —運(yùn)行拍數(shù)
即步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)。
步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子齒數(shù)多,步距角也就越小,位置精確度就越高。
(4)除三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)外,還有四相、五相、六相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。
2.永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)
由于在磁路中含有永久磁鋼,所以,永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)的定子繞組斷電后,仍有一定的定位轉(zhuǎn)矩。
3.步進(jìn)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)。步進(jìn)電動機(jī)的主要性能指標(biāo)有:
(1)步距精度??蛰d時,以單脈沖輸入,步進(jìn)電動機(jī)的實(shí)際步距角與理論步距角之差稱為靜態(tài)步距角誤差,以偏差的角度或相對百分?jǐn)?shù)來衡量。我國生產(chǎn)的步進(jìn)電動機(jī)的步距精度一般在±10~±30分的范圍,有些可達(dá)±2~±5分。
(2)最大靜轉(zhuǎn)距。轉(zhuǎn)子處于靜止?fàn)顟B(tài)時,能與最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩相平衡的電磁轉(zhuǎn)矩稱為步進(jìn)電動機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩。它是衡量步進(jìn)電動機(jī)帶負(fù)載能力的主要指標(biāo)。
(3)起動頻率。使步進(jìn)電動機(jī)能夠由靜止定位狀態(tài)不失步地起動,并進(jìn)入正常運(yùn)行的控制脈沖最高頻率,稱為起動頻率。在電動機(jī)空載情況下,稱為空載起動頻率。在有負(fù)載情況下,不失步起動所允許的最高頻率將大大降低。
(4)連續(xù)運(yùn)行頻率。步進(jìn)電動機(jī)起動后,其轉(zhuǎn)速將跟隨控制脈沖頻率連續(xù)上升而不失步的控制脈沖的最高頻率,稱為連續(xù)運(yùn)行頻率的最高工作頻率。步進(jìn)電動機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率隨負(fù)載的增大而下降,但步進(jìn)電動機(jī)連續(xù)運(yùn)行頻率遠(yuǎn)高于其起動頻率。
(二)步進(jìn)電動機(jī)對驅(qū)動電源
1.驅(qū)動電源的基本要求:
(1)電源的相數(shù)、通電方式、電壓、電流應(yīng)與步進(jìn)電動機(jī)的基本參數(shù)相適應(yīng);
(2)滿足步進(jìn)電動機(jī)起動頻率和運(yùn)行頻率的要求;
(3)工作可靠、抗干擾能力強(qiáng);
(4)成本低,效率高,安裝和維護(hù)方便;
2.組成:
驅(qū)動電源由環(huán)形分配器和功率驅(qū)動器組成。
(1)環(huán)形分配器:主要功能是將CNC裝置的插補(bǔ)脈沖,按照步進(jìn)電動機(jī)所要求的規(guī)律分配給功率驅(qū)動器的各相輸入端,以控制步進(jìn)電動機(jī)勵磁繞組的導(dǎo)通或關(guān)斷。
(2)功率驅(qū)動器:主要作用是將環(huán)形分配器輸出的脈沖信號放大,以便用足夠的功率來驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)。
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