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    步進驅動器的作用和工作原理是什么?

    時間:2023-12-06 13:31:02來源:21ic電子網

    導語:?步進驅動器是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構,廣泛應用于各種自動化控制系統。它通過接收來自控制系統的電脈沖信號,控制步進電機的運動速度、位置和方向,從而實現精確的角位移控制。

      步進驅動器是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構,廣泛應用于各種自動化控制系統。它通過接收來自控制系統的電脈沖信號,控制步進電機的運動速度、位置和方向,從而實現精確的角位移控制。

      步進電機又稱為脈沖電機,基于最基本的電磁鐵原理,它是一種可以自由回轉的電磁鐵,其動作原理是依靠氣隙磁導的變化來產生電磁轉矩。其原始模型是起源于1830年至1860年間。1870年前后開始以控制為目的的嘗試,應用于氫弧燈的電極輸送機構中。這被認為是最初的步進電機。1923年,James Weir French發明三相可變磁阻型(Variable reluctance),此為步進電機前身。二十世紀初,步進電機廣泛應用在了電話自動交換機中。由于西方資本主義列強爭奪殖民地,步進電機在缺乏交流電源的船舶和飛機等獨立系統中得到了廣泛的使用。二十世紀五十年代后期晶體管的發明也逐漸應用在步進電機上,對于數字化的控制變得更為容易。到了八十年代后,由于廉價的微型計算機以多功能的姿態出現,步進電機的控制方式更加靈活多樣。

      一、步進驅動器的種類

      步進驅動器按照結構可以分為反應式、永磁式和混合式三種。

      1. 反應式步進驅動器:也叫感應式、磁滯式或磁阻式步進驅動器。其定子和轉子均由軟磁材料制成,定、轉子周邊均勻分布小齒和槽,通電后利用磁導的變化產生轉矩。一般為三、四、五、六相,可實現大轉矩輸出(消耗功率較大,電流最高可達20A,驅動電壓較高),步距角小(最小可做到10’),斷電時無定位轉矩,電機內阻尼較小,單步運行(指脈沖頻率很低時)震蕩時間較長,啟動和運行頻率較高。

      2. 永磁式步進驅動器:通常電機轉子由永磁材料制成,軟磁材料制成的定子上有多相勵磁繞組,定、轉子周邊沒有小齒和槽。通電后利用永磁體與定子電流磁場相互作用產生轉矩。一般為兩相或四相,輸出轉矩小(消耗功率較小,電流一般小于2A,驅動電壓12V),步距角大(例如7.5度、15度、22.5度等),斷電時具有一定的保持轉矩,啟動和運行頻率較低。

      3. 混合式步進驅動器:也叫永磁反應式、永磁感應式步進驅動器,混合了永磁式和反應式的優點。其定子和四相反應式步進驅動器沒有區別(但同一相的兩個磁極相對,且兩個磁極上繞組產生的N、S極性必須相同),轉子結構較為復雜(轉子內部為圓柱形永磁鐵,兩端外套軟磁材料,周邊有小齒和槽)。一般為兩相或四相,須供給正負脈沖信號,輸出轉矩較永磁式大(消耗功率相對較小),步距角較永磁式小(一般為1.8度),斷電時無定位轉矩,啟動和運行頻率較高,發展較快的一種步進驅動器。

      二、步進驅動器的工作原理

      步進驅動器的工作原理是,當步進電機接收到一個電脈沖信號時,它就會按照設定的方向旋轉一個固定的角度(即步長)。這個過程是通過控制脈沖的數量來控制步進電機旋轉的角度。同時,通過改變脈沖的頻率來控制步進電機旋轉的速度。

      步進電機內部設計了一套精密的控制電路,當接收到一個脈沖信號時,控制電路會根據設定的算法將這個信號轉化為電機需要旋轉的角度和速度。然后通過電磁場的變換來驅動電機旋轉到指定的位置。

      步進電機通過細分驅動器的驅動,其步距角變小了。例如,當驅動器工作在10細分狀態時,其步距角只為‘電機固有步距角’的十分之一。這就是細分的基本概念。細分功能完全是由驅動器靠精確控制電機的相電流所產生,與電機無關。

      三、步進驅動器的應用場景

      由于步進電機具有高精度、高響應和高效率等優點,因此步進驅動器被廣泛應用于各種自動化控制系統,如數控機床、機器人、紡織機械等。在這些應用場景中,步進驅動器可以精確控制電機的旋轉角度和速度,從而實現高精度的加工和操作。步進驅動器是一種重要的自動化執行元件,它可以實現精確的角位移控制和速度控制。通過與控制系統的配合使用,可以實現各種復雜的機械運動和控制任務。


    標簽: 步進電機

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