两相溷合式步进电机及其驱动技术

两相溷合式步进电机及其驱动技术

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时间:2019-07-11

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1、3.5两相混合式步进电机 及其驱动技术1.两相混合式步进电机结构2.两相混合式步进电机工作原理3.两相混合式步进电机驱动技术4.两相混合式步进电机的主要特性和技术指标1前面讲述的各种伺服电机必须通过闭环实现位置伺服。而步进电机在开环状态就能实现精确的位置控制。开环较之闭环有如下好处:结构简单,例如省去位置传感器及其信号处理电路。没有控制参数设计及其调试的问题。不存在稳定性问题。接线简单。2三种类型的步进电机永磁式步进电机(Permanentmagnetmotors,PM)变磁阻步进电机(Vari

2、ableReluctance,VR)或称反应式步进电机;混合式步进电动机(Hybrid,HB)定子绕组相数可分为两相、三相、四相、五相等。两相混合式步进电机在工业上应用最为广泛。31.两相混合式步进电机结构电机的定子上有八个绕有线圈的铁心磁极;八个线圈串接成A、B两相绕组;每个定子磁极边缘有多个小齿,一般多为五或六齿。4转子由两段有齿环形转子铁心、装在转子铁心内部的环形磁钢及轴承、轴组成。将环形磁钢沿轴向充磁,两段转子铁心的一端呈N极性,另一端呈S极性,分别称之为N段转子和S段转子。转子铁心的边

3、缘加工有小齿,一般为50个,齿距为7.2°。两段转子的小齿相互错开1/2齿距。52.两相混合式步进电机工作原理定子上有四个绕有线圈的磁极(齿),相对磁极的线圈串联组成两相绕组。由于同一相绕组两个线圈绕线的方向相反,通过同一电流时所产生的磁场方向也相反。电流从相反方向流过同一相绕组产生的磁场方向也相反。转子由两段永磁体组成,一段呈N极性,一段呈S极性。每段永磁体有3个齿,齿距为120度,N极齿和S极齿彼此错开1/2齿距。每转12步的模型电机61)不通电状态在绕组不通电时,由于磁通总是沿磁阻最小的路

4、径通过,磁通从N极性转子经定子极回到S极性转子。由于转子磁场的吸引作用,当外力力图使轴转动时,会有一个反向力矩阻止这种转动,称为自锁(detent)力矩。72)单四拍工作状态初始状态,A相通电产生保持力矩;B相通电,定子磁场旋转90度,吸引转子旋转1/4齿距(30度);/A相通电、/B相、A相通电定子磁场各旋转90度,各吸引转子旋转1/4齿距(30度);4步一个循环后共转过一个齿距120度,12步后转子旋转一周。每一次仅一相绕组通电,四拍一个循环,称之为单四拍工作状态83)双四拍工作状态初始状态

5、,A相、B相同时通电,由于两个定子齿的吸引,转子移动1/8齿距15度,停在一个中间的位置;B/A相通电,定子磁场旋转90度吸引转子旋转1/4齿距30度;/A/B、/BA、AB各相通电,定子磁场各旋转90度,各吸引转子旋转1/4齿距30度;4步一个循环后共转过一个齿距120度,12步后转子旋转一周;每一次两相绕组通电,四拍一个循环,称之为双四拍工作状态因为两个线圈同时通电,产生的力矩比单四拍要大。94)□□在单四拍工作方式基础上,在每两个单拍之间插入一个双拍工作状态,就成为单、双八拍工作方式。交替

6、使一个线圈和两个线圈通电,每一步转子旋转1/8齿距即15度,经过这8拍以后,转子转过一个齿距120度。旋转一周需24步。10单、双八拍工作方式的缺点是产生“强、弱步”的现象,可利用的力矩被弱步力矩所限制,力矩的波动较大。为了消除“强、弱步”现象,并使电机按强步力矩输出,可以在弱步时绕组通以两倍的电流,对弱步力矩进行补偿。优点是步距角小,电机运行将更平稳。115)微步距工作方式在双四拍工作方式中,当两相绕组通以相等的电流时,电机转子停在一个中间的位置。如果两相绕组电流不等,转子位置将朝电流大的定子

7、极方向偏移。利用这个现象我们可使电机工作在微步距方式:将两相绕组中的电流分别按正弦和余弦的轮廓呈阶梯式变化。则每个整步距就分成了若干微步距。微步距方式的步距角更小,将使电机运行更加平稳。12一般称单四拍和双四拍工作方式为整步距方式;单、双八拍工作方式为半步距方式。步进电机中定子磁场和转子磁场的相互作用产生转矩:定子磁势IW(安匝),I为相电流,W为绕组匝数。转子磁势是由转子磁钢产生的,它是一个常数。所以当定子线圈匝数、转子磁钢磁性能及定、转子铁心材料、尺寸已确定的情况下,电机产生的力矩由定子绕组

8、电流决定。135)实际电机的工作原理线圈1、5、3、7串联组成A相绕组;线圈2、6、4、8串联组成B相绕组。每一相四个绕组的绕线方向不同,通电后每个绕组所在定子磁极的极性不同。假定线圈1、5所在的磁极为N极,则线圈3、7所在的磁极为S极。14定子磁极上有40个(或48个)齿,齿距为7.2°两段转子铁心上各有50小齿,齿距为7.2°,但两段转子的小齿相互错开1/2齿距定子齿和转子齿齿距相等。。15模型电机和实际电机的比较模型电机实际电机转子齿数350转子齿距120度7.2度整步距1/4齿距30度1

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