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二、步進電動機及其驅動

(一)步進電動機

Ⅰ：原理：

步進電動機是一種同步電動機，是一種將電脈沖信號轉換成角位移(或直線位移)的執行元件。這種電動機，每施加一個電脈沖，其轉軸就轉過一個角度，稱為一步。脈沖數增加，角(或直線)位移隨之增加;脈沖頻率高，電動機旋轉速度就快，反之則慢;分配脈沖的相序改變，電動機便反轉。

步進電動機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。

Ⅱ ：分類：

步進電動機的種類很多，有多種分類方法。若按工作原理分類，則可將步進電動機分為：

反應式(磁阻式)、電磁式、永磁式和永磁感應子式步進電動機。其中反應式和永磁感應子式步進電動機比較常用。

1.反應式步進電動機

電動機定子有A、B、C三對磁極。在相應的磁極上繞有A、B、C三相控制繞組。

(1)當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生磁場吸引轉子轉動。

首先，當A相繞組通電，B、C兩相斷電時，轉子的齒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，于是轉子的2、4兩齒被定子磁極B—B’吸引，這時轉子逆時針轉了30，接下去B相斷電，C相通電，轉子1、3齒與定子磁極C-C′軸線對齊，轉子又逆時針轉過了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通電，“三拍”是指經過三次經過切換控制繞組的通電狀態為一個循環。每一拍，即輸入一個脈沖信號，都使轉子轉過一個角度，稱之為步距角θs。

(2)計算公式如下：

步距角　Θs=360/mkz

m ——步進電動機的相數;

k ——與通電方式有關的系數，如單拍或雙拍是為1，單、雙拍是為2;

z ­——不僅電動機轉子的齒數。

(3)步進電動機也可以采用三相單、雙拍通電方式，通電順序為A→AB→B→BC→C→CA→A……

轉速：　n=60f/NZ (轉/分)

N =mk —運行拍數

即步進電機轉速取決于脈沖頻率、轉子齒數和運行拍數。

步進電動機的轉子齒數多，步距角也就越小，位置精確度就越高。

(4)除三相反應式步進電動機外，還有四相、五相、六相反應式步進電動機。

2.永磁感應子式步進電動機

由于在磁路中含有永久磁鋼，所以，永磁感應子式步進電動機的定子繞組斷電后，仍有一定的定位轉矩。

3.步進電動機的主要性能指標。步進電動機的主要性能指標有：

(1)步距精度。空載時，以單脈沖輸入，步進電動機的實際步距角與理論步距角之差稱為靜態步距角誤差，以偏差的角度或相對百分數來衡量。我國生產的步進電動機的步距精度一般在±10～±30分的范圍，有些可達±2～±5分。

(2)最大靜轉距。轉子處于靜止狀態時，能與最大負載轉矩相平衡的電磁轉矩稱為步進電動機的最大轉矩。它是衡量步進電動機帶負載能力的主要指標。

(3)起動頻率。使步進電動機能夠由靜止定位狀態不失步地起動，并進入正常運行的控制脈沖最高頻率，稱為起動頻率。在電動機空載情況下，稱為空載起動頻率。在有負載情況下，不失步起動所允許的最高頻率將大大降低。

(4)連續運行頻率。步進電動機起動后，其轉速將跟隨控制脈沖頻率連續上升而不失步的控制脈沖的最高頻率，稱為連續運行頻率的最高工作頻率。步進電動機的連續運行頻率隨負載的增大而下降，但步進電動機連續運行頻率遠高于其起動頻率。

(二)步進電動機對驅動電源

1.驅動電源的基本要求：

(1)電源的相數、通電方式、電壓、電流應與步進電動機的基本參數相適應;

(2)滿足步進電動機起動頻率和運行頻率的要求;

(3)工作可靠、抗干擾能力強;

(4)成本低，效率高，安裝和維護方便;

2.組成：

驅動電源由環形分配器和功率驅動器組成。

(1)環形分配器：主要功能是將CNC裝置的插補脈沖，按照步進電動機所要求的規律分配給功率驅動器的各相輸入端，以控制步進電動機勵磁繞組的導通或關斷。

(2)功率驅動器：主要作用是將環形分配器輸出的脈沖信號放大，以便用足夠的功率來驅動步進電動機。

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（責任編輯：中大編輯）

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