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步进电机分类及优缺点

来源:深圳市鸣雷智能控制有限公司    添加时间:2020-09-14 17:06:01
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电机,是现代数字程序控制系统中的主要执行元件,应用极为广泛。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。
步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
步进电机也是一种位置控制电机,用于控制运动机构的精确定位,基本适用于各种常规精度的场合。
一、步进电机主要分类
步进电机从其结构形式上可分为反应式步进电机(VariableReluctance,VR)、永磁式步进电机PermanentMagnet,PM)、混合式步进电机(HybridStepping,HS)、单相步进电机、平面步进电机等多种类型,在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主。步进电机的运行性能与控制方式有密切的关系,步进电机控制系统从其控制方式来看,可以分为以下三类:开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。半闭环控制系统在实际应用中一般归类于开环或闭环系统中。
反应式:定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小,可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大,可靠性难保证。永磁式:永磁式步进电机的转子用永磁材料制成,转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大,但这种电机精度差,步矩角大(一般为7.5°或15°)。混合式:混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点,其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料,转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好,步距角小,但结构复杂、成本相对较高。
按定子上绕组来分,共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机,约占97%以上的市场份额,其原因是性价比高,配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步,配上半步驱动器后,步距角减少为0.9°,配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍(0.007°/微步)。由于摩擦力和制造精度等原因,实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。
二、步进电机的优缺点
主要优点
1、电机旋转的角度正比于脉冲数;
2、电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时);
3、由于每步的精度在百分之三到百分之五,而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性;
4、优秀的起停和反转响应;
5、由于没有电刷,可靠性较高,因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命;
6、电机的响应仅由数字输入脉冲确定,因而可以采用开环控制,这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本;
7、仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转;
8、由于速度正比于脉冲频率,因而有比较宽的转速范围。
主要缺陷
1、如果控制不当容易产生共振;
2、难以运转到较高的转速;
3、难以获得较大的转矩;
4、在体积重量方面没有优势,能源利用率低;
5、超过负载时会破坏同步,高速工作时会发出振动和噪声。
深圳市鸣雷智能控制有限公司专注于精密微电机,驱动控制系统,运动控制系统的研发和制造。产品包括步进电机、行星减速机,步进驱动器,运动控制系统等自动化产品。公司以智能创新技术为核心,不断拓展应用领域的智能控制方案,已经发展成为国内外领先的自动化配套供应商。公司拥有一支追求卓越、勇于创新、经验丰富的研发和销售团队,以科技为先导、不断创新、为客户提供高性价比、高可靠性的产品和最满意的服务。我们立足国内市场,面向国际市场,以自己的精湛技术和研究为核心,并汇集世界各种先进技术和资源,构造自己的技术核心,生产领先国内的工控产品,打造国内外知名品牌。
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