步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。其將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。

步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)三部分組成，步進(jìn)電機(jī)控制器是指揮中心，它發(fā)出信號(hào)脈沖給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器把接收到信號(hào)脈沖脈沖轉(zhuǎn)化為電脈沖，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，控制器每發(fā)出一個(gè)信號(hào)脈沖，步進(jìn)電機(jī)就旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。控制器可以通過(guò)控制脈沖數(shù)量來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，從而準(zhǔn)確定位。通過(guò)控制脈沖頻率精確控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過(guò)定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與定子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。

每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

我們一般用的步進(jìn)電機(jī)是這樣的：

他的結(jié)構(gòu)圖一般是這樣的：

那么這個(gè)AC，BD代表什么呢？步進(jìn)電機(jī)又為什么具有以上的那些特點(diǎn)呢？這就要從步進(jìn)電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)說(shuō)起。先上一個(gè)步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖：

先從這個(gè)簡(jiǎn)單的圖分析原理，圖中有兩組繞組A A-，B B-，可以看出他們分別形成的磁場(chǎng)是相反的，位置也是相對(duì)的。這2組繞組對(duì)應(yīng)真實(shí)圖中的AC和BD。

定子為鐵芯，A A-，B B-繞在鐵芯上，通電之后產(chǎn)生磁場(chǎng)變成電磁鐵，轉(zhuǎn)子為永磁體，磁場(chǎng)將對(duì)轉(zhuǎn)自產(chǎn)生吸引或者排斥。

左上圖A A-吸引轉(zhuǎn)子，使得轉(zhuǎn)子豎直（此時(shí)只有A A-通電）當(dāng)B B-也通電后，B B-也產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)轉(zhuǎn)自將像A B中間區(qū)域偏轉(zhuǎn)，具體偏轉(zhuǎn)角度跟A B上電流大小比例有關(guān)。

左下圖此時(shí)A A-斷電，B B-繼續(xù)通電，則轉(zhuǎn)子被吸引到水平位置。

右下圖此時(shí)A A-反向通電，B B-繼續(xù)通電，則轉(zhuǎn)自順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，重復(fù)以上過(guò)程，則轉(zhuǎn)子可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并控制通電的時(shí)機(jī)以及順序，便可以達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。

定子鐵心：定子鐵心為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片迭壓而成。在面向氣隙的定子鐵心表面有齒距相等的小齒。

定子繞組：定子每極上套有一個(gè)集中繞組，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。

轉(zhuǎn)子：轉(zhuǎn)子上只有齒槽沒(méi)有繞組，系統(tǒng)工作要求不同，轉(zhuǎn)子齒數(shù)也不同。定轉(zhuǎn)子齒形相同。

原理

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)切換一次定子繞組的激磁電流時(shí)，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度即步距角。步距角一般由切換的相電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩得到，所以需要每相極數(shù)是偶數(shù)。步進(jìn)電機(jī)通常都為兩相以上的，當(dāng)然也有一些特殊的只有一個(gè)線圈的單相步進(jìn)電機(jī)。雖說(shuō)單相，實(shí)為一個(gè)線圈產(chǎn)生的磁通方向交互反轉(zhuǎn)而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)用的步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)有單相、兩相、三相、四相、五相。

現(xiàn)在使用的步進(jìn)電機(jī)大部分用永磁轉(zhuǎn)子。普遍使用永久磁鐵的原因是效率高，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。