步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件,通過控制施加在電機(jī)線圈上的電脈沖順序、頻率和數(shù)量,可以實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、速度和旋轉(zhuǎn)角度的控制。配合以直線運動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或齒輪箱裝置,更可以實現(xiàn)更加復(fù)雜、精密的線性運動控制要求。步進(jìn)電機(jī)一般由前后端蓋、軸承、中心軸、轉(zhuǎn)子鐵芯、定子鐵芯、定子組件、波紋墊圈、螺釘?shù)炔糠謽?gòu)成,步進(jìn)電機(jī)也叫步進(jìn)器,它利用電磁學(xué)原理,將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,是由纏繞在電機(jī)定子齒槽上的線圈驅(qū)動的。通常情況下,一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管,而在電機(jī)中,繞在定子齒槽上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。
• 工作原理步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器根據(jù)外來的控制脈沖和方向信號,通過其內(nèi)部的邏輯電路,控制步進(jìn)電機(jī)的繞組以一定的時序正向或反向通電, 使得電機(jī)正向/反向旋轉(zhuǎn),或者鎖定。 以1.8度兩相步進(jìn)電機(jī)為例:當(dāng)兩相繞組都通電勵磁時,電機(jī)輸出軸將靜止并鎖定位置。在額定電流下使電機(jī)保持鎖定的最大力矩為保持力矩。如果其中一相繞組的電流發(fā)生了變向,則電機(jī)將順著一個既定方向旋轉(zhuǎn)一步(1.8度)。同理,如果是另外一項繞 組的電流發(fā)生了變向,則電機(jī)將順著與前者相反的方向旋轉(zhuǎn)一步(1.8度)。當(dāng)通過線圈繞組的電流按順序依次變向勵磁時,則電 機(jī)會順著既定的方向?qū)崿F(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)步進(jìn),運行精度非常高。對于 1.8度兩相步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需200步。
兩相步進(jìn)電機(jī)有兩種繞組形式:雙極性和單極性。雙極性電機(jī)每相上只有一個繞組線圈,電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)時電流要在 同一線圈內(nèi)依次變向勵磁,驅(qū)動電路設(shè)計上需要八個電子開關(guān)進(jìn) 行順序切換。 |
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2相(雙極性)步進(jìn)電機(jī) | |
2相(單極性)步進(jìn)電機(jī) |
• 準(zhǔn)確位置控制
步進(jìn)電機(jī)以一個固定的步距角轉(zhuǎn)動,就像時鐘內(nèi)的秒針。這個角度稱為基本步距角。鳴志提供兩種基本步距角來作為標(biāo)準(zhǔn)電機(jī):基本步距角為1.8°的兩相步進(jìn)電機(jī)和基本步距角為1.2°的三相步進(jìn)電機(jī)。 • 簡單的脈沖信號控制需高精度定位的系統(tǒng)如下所示??刂破靼l(fā)出的脈沖信號可以準(zhǔn)確地控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度和速度。 |
脈沖信號是一個電壓反復(fù)在ON 和OFF 之間改變的電信號。 每個ON/OFF 周期被記為一個脈沖。單個脈沖信號指令使電機(jī)出力軸轉(zhuǎn)動一步。 對應(yīng)電壓ON 和OFF 情況下的信號電平被分別稱為“H”和“L”。 |
步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動距離正比于施加到驅(qū)動器上的脈沖信號數(shù)(脈沖數(shù))。 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(電機(jī)出力軸轉(zhuǎn)動角度)和脈沖數(shù)的關(guān)系如下所示: |
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步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與施加到驅(qū)動器上的脈沖信號頻率成比例關(guān)系。 電機(jī)的轉(zhuǎn)速[r/min] 與脈沖頻率[Hz] 的關(guān)系如下(整步模式): |
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步進(jìn)電機(jī)的重要特征之一是高力矩、小體積。
這些特征使得電機(jī)具有優(yōu)秀的加速和響應(yīng),使得這些電機(jī)非常適合那些需要頻繁啟動和停止的應(yīng)用中。
鳴志也有帶減速機(jī)型電機(jī)可供選擇,以滿足低速下更高力矩的需求。
• 能夠頻繁啟動/ 停止 |
• 相同尺寸下的伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的速度力矩特性比較 |
• 電機(jī)在停止位置自保持繞組通電時步進(jìn)電機(jī)具有全部的保持力矩。這就意味著步進(jìn)電機(jī)可以在不使用機(jī)械剎車的情況下保持在停止位置。 |
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• 裝有電磁剎車的電機(jī)一旦電源被切斷,電機(jī)自身的保持力矩丟失,電機(jī)不能在垂直操作中或施加外力作用下保持在停止位置。在提升和其它相似應(yīng)用中需要使用帶電磁剎車的電機(jī)。 |
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• 閉環(huán)伺服控制步進(jìn)電機(jī) |
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鳴志創(chuàng)新性地將伺服控制技術(shù)融入步進(jìn)電機(jī)之中,創(chuàng)造出具有全新優(yōu)異性能表現(xiàn)的運動控制終端—步進(jìn)伺服。步進(jìn)伺服驅(qū)動器大大提升了步進(jìn)電機(jī)的運行效果,具有控制更智能、運行更高效、結(jié)構(gòu)更緊湊、定位更準(zhǔn)確、運行更快速和平滑等諸多特點。 |