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步进电机

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

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步进电机的速度控制可通过向绕线提供脉冲频率实现,而旋转方向可通过反向脉冲序列进行更改。电机内部的极片有许多齿,有助于定位相对于定子的转子位置。一些步进电机的定子级也有齿。根据使用的控制技术,可全步进、半步进或微步进控制步进电机。简单的方形脉冲可以控制处于全步进的电机,而先进控制技术(如脉宽调制 (PWM))可用于微步进。

步进电机将旋转角度分成一个个独立的步数。可以通过信号控制电机的转子是否移动或停止在某一步。停止时,步进电机会以恒定转矩固定住负载。大部分步进电机均采用双凸极设计,在转子和定子结构上均带有齿状突出。与无刷直流(BLDC)或永磁同步(PMSM)电机一样,步进电机的永磁体位于转子上,而电磁体则包含在定子内。

步进电机是一种电磁、旋转激励器,会通过机械方法将数字脉冲输入转换成增量轴旋转。电机能够保持其在两步之间的位置(和负载),而无需离合器或刹车。因此,可以精确控制步进电机,以便转动一定数量的步,从而通过特定的距离产生机械运动,然后在它停止运动的时候保持其负载。
在新兴的计算机外设行业,步进电机是一种可以替代位置伺服系统的低成本方案。步进电机的主要优势在于它们无需位置反馈就能实现精确的位置控制,从而大大降低了位置控制系统的成本。其优点有:1、低成本位置控制解决方案;2、伺服系统固有的“零跟踪”误差;3、易于连接到数字控制器;4、固有的高扭矩/位置增益,可实现优异的保持扭矩;5、即使未通电,电机也能提供有限的保持扭矩;6、热量由定子产生,因此易于散热;7、同步运行可实现精确的开环速度控制。
永磁步进电机的转子由永磁体组成,其定子具有两对绕组。当转子与其中一个定子磁极对齐时,另一相就导通。双相交替开关,且极性相反。分为四个步骤:1、两相相差一步。这相当于电周期的四分之一或90°;2、转子由与转轴同轴的单个磁体和带许多小齿的两片磁极构成;3、这些小齿错位排列以产生许多凸极;4、实际步进电机的定子磁极上也有许多小齿,这些小齿的排列使得两相之间的相差仍为90°。

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