現(xiàn)代步進電機如何工作

步進電機

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)。其將電脈沖信號轉(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。

步進電機控制系統(tǒng)由步進電機控制器、步進電機驅(qū)動器、步進電機三部分組成，步進電機控制器是指揮中心，它發(fā)出信號脈沖給步進電機驅(qū)動器，而步進電機驅(qū)動器把接收到信號脈沖脈沖轉(zhuǎn)化為電脈沖，驅(qū)動步進電機轉(zhuǎn)動，控制器每發(fā)出一個信號脈沖，步進電機就旋轉(zhuǎn)一個角度，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。控制器可以通過控制脈沖數(shù)量來控制步進電機的旋轉(zhuǎn)角度，從而準確定位。通過控制脈沖頻率精確控制步進電機的旋轉(zhuǎn)速度。

步進電機的結(jié)構(gòu)及工作原理

通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。

每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。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，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。

我們一般用的步進電機是這樣的：

他的結(jié)構(gòu)圖一般是這樣的：

那么這個AC，BD代表什么呢？步進電機又為什么具有以上的那些特點呢？這就要從步進電機的特殊結(jié)構(gòu)說起。先上一個步進電機內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖：

先從這個簡單的圖分析原理，圖中有兩組繞組A A-，B B-，可以看出他們分別形成的磁場是相反的，位置也是相對的。這2組繞組對應(yīng)真實圖中的AC和BD。

定子為鐵芯，A A-，B B-繞在鐵芯上，通電之后產(chǎn)生磁場變成電磁鐵，轉(zhuǎn)子為永磁體，磁場將對轉(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（此時只有A A-通電）當B B-也通電后，B B-也產(chǎn)生磁場，此時轉(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A A-反向通電，B B-繼續(xù)通電，則轉(zhuǎn)自順時針旋轉(zhuǎn)，重復(fù)以上過程，則轉(zhuǎn)子可以進行旋轉(zhuǎn)運動，并控制通電的時機以及順序，便可以達到控制步進電機旋轉(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集中繞組，相對兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。步進電動機可以做成二相、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

當步進電機切換一次定子繞組的激磁電流時，轉(zhuǎn)子就旋轉(zhuǎn)一個固定角度即步距角。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)。步進電機通常都為兩相以上的，當然也有一些特殊的只有一個線圈的單相步進電機。雖說單相，實為一個線圈產(chǎn)生的磁通方向交互反轉(zhuǎn)而驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。實用的步進電機的相數(shù)有單相、兩相、三相、四相、五相。

現(xiàn)在使用的步進電機大部分用永磁轉(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。