概述-步进电动机

《机电一体化系统设计》1标题第三章执行元件的选择与设计《机电一体化系统设计》2概述执行元件是工业机器人、CNC机床、各种自动机械、信息处理计算机外围设备、办公室设备、车辆电子设备、医疗器械、各种光学装置、家用电器(音响设备、录音机、摄像机、电冰箱)等机电一体化系统(或产品)必不可少的驱动部件。《机电一体化系统设计》3第一节执行元件概述执行元件是能量变换元件，其目的是控制机械执行机构运动。机电一体化伺服系统要求执行元件具有转动惯量小，输出动力大，便于控制，可靠性高和安装维护简便等特点。《机电一体化系统设计》4特点及优缺点《机电一体化系统设计》5机电一体化系统对执行元件的基本要求（1）惯量小、动力大（2）体积小、重量轻(3)便于维修、安装(4)宜于微机控制基本要求基本要求《机电一体化系统设计》6一、步进电动机的特点与种类1.步进电动机的特点定义：又称脉冲电动机，是将电脉信号转换成机械角位移的执行元件。特点：①结构简单,成本低,适用于中低档机电产品；②步进电动机的步矩角有误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累；③控制性能好，与计算机接口简单。第四节步进电动机及其驱动《机电一体化系统设计》72.步进电动机的种类步进电动机的种类很多，有旋转式步进电动机，也有直线步进电动机；从励磁相数来分有二相、三相、四相、五相、六相等步进电动机。就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为三种：（1）可变磁阻（VR-VariableReluctance)型又称:反应式步进电动机（2）永磁（PM-PermanentMagnet）型（3）混合(HB-Hybrid)型《机电一体化系统设计》8（1）可变磁阻VR型该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机，其结构原理如图3.3所示。该类电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力。这种电动机具有制造成本高、效率低、转子的阻尼差、噪声大等缺点,目前应用在减少.《机电一体化系统设计》9（3）混合HB型是永磁型和可变磁阻相结合的一种形式，故称为混合型步进电动机，其结构如图3.5所示;目前应用最多.《机电一体化系统设计》10总结步进电动机与DC和AC伺服电动机相比,其转矩、效率、精度、高速性都比较差，但步进电动机具有低速时转矩大、速度控制比较简单、外形尺寸小等优点，所以在办公室自动化方面的打印机、绘图机、复印机等机电一体化产品中得到广泛使用，在工厂自动化方面也可代替低档的伺服电动机。《机电一体化系统设计》11二、步进电动机的工作原理《机电一体化系统设计》12工作方式步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相六拍等。1）三相单三拍图3.6《机电一体化系统设计》13三相单三拍这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过30。此角称为步距角，用α表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。《机电一体化系统设计》14三相单双六拍2）三相六拍(图3.7)三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA共六拍。《机电一体化系统设计》15小结步矩角的大小与通电方式和转子齿数有关，其大小可用下式计算：a=360°/(zm)式中：z-转子齿数;m-运行拍数，通常等于相数或相数整数倍，即m=KN（N为电动机相数，单拍时K=1，三相六拍或双拍K=2）。