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步进电机的工作原理

发布:2013-09-27 17:14 点击:

  步进电机是纯粹的数字控制电动机。它将电脉冲信号转换成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制。
2.1步进电机工作原理示意图
   该步进电机为一四相步进电机,采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电,就能使步进电机步进转动。图2是该四相反应式步进电机工作原理示意图[3][4]。
 
图2:四相反应式步进电机工作原理示意图
   开始时,开关SB接通电源,SA、SC、SD断开,B相磁极和转子0、3号齿对齐,同时,转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿,2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
   当开关SC接通电源,SB、SA、SD断开时,由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用,使转子转动,1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿,2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。依次类推,A、B、C、D四相绕组轮流供电,则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
    四相步进电机按照通电顺序的不同,可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等,但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半,因此,八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度[5]。
2.2步进电机的基本控制作用
    步进电机是纯粹的数字控制电动机。它将电脉冲信号转换成角位移,即给一个脉冲信号,步进电机就转动一个角度,因此非常适合于单片机控制【4】。
2.2.1控制换相顺序
    步进电机的通电换相顺序严格按照步进电机的工作方式进行。通常我们把通电换相这一过程称为脉冲分配。例如,四相步进电机的四相八拍工作方式,其各相通电的顺序为 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA(正转)或 DA-D-CD-C-BC-B-BA-A(反转),通电控制脉冲必须严格这一顺序分别控制A,B,C,D相的通电和断电。
2.2.2控制步进电机的转向
    如果按给定的工作方式正序通电换相,步进电机就正转;如果按反序通电换相,则步进电机就反转。
2.2.3控制步进电机的速度[6]
    如果给定步进电机一个控制脉冲,它就转一步,再发一个控制脉冲,它就会再转一步。两个脉冲的间隔时间越短,步进电机就转得越快。因此,脉冲的频率决定了步进电机的转速。调整单片机发出脉冲的频率,就可以对步进电机进行调速。
2.2.4四相步进电机的参数
    齿距角: Qz = 2π/ Z   Z — 转子的齿数
    转子的齿数为50,则齿距角为 Qz = 2π/ 50 = 7.2°
    步距角---转子走一步所转过的角度
    步距角: Qn = Qz/N = 2π/NZ  N — 步进电机工作拍数
    步进电机转速: n = 60×f / N×Z   (转/分)  ;
    f =脉冲频率(Hz)

2.3四相步进电机有三种运行状态
2.3.1步进电机为四相单四拍运行状态
   当电机绕组通电时序为A-B-C-D时为正转,通电时序为D-C-B-A时为反转。
    N = 4
    步距角: Qn = Qz/N = 2π/NZ =360/4*50=1.8°
    则步进电机转一圈所需步进数: 360°/  1.8°=200 (步进数)
2.3.2 步进电机为四相双四拍运行状态[7]:
    当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA时为正转,通电时序为DA-CD-BC-AB时为反转。
    N = 4
    步距角: Qn = Qz/N = 2π/NZ =360/4*50=1.8°
    则步进电机转一圈所需步进数: 360°/  1.8°=200 (步进数)
2.3.3步进电机为四相八拍运行状态
    当电机绕组通电时序为A-AB-B-BC-C-CD-D-DA时为正转,通电时序为DA-D-CD-C-BC-B-BA-A时为反转。
    N = 8
   步距角: Qn = Qz/N = 2π/NZ =360/8*50=0.9°
   则步进电机转一圈所需步进数: 360°/  0.9°=400 (步进数)


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