3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降 。
当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大 。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降 。
4.步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声 。
步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转 。在有负载的情况下,启动频率应更低 。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速) 。
步进电动机以其显著的特点,在数字化制造时代发挥着重大的用途 。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高,步进电机将会在更多的领域得到应用 。
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,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角 。这一线性关系的存在,加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点 。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单 。
虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,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 。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识 。
目前,生产步进电机的厂家的确不少,但具有专业技术人员,能够自行开发,研制的厂家却非常少,大部分的厂家只一、二十人,连最基本的设备都没有 。仅仅处于一种盲目的仿制阶段 。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦 。签于上述情况,我们决定以广泛的感应子式步进电机为例 。叙述其基本工作原理 。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助 。
二、感应子式步进电机工作原理
(一)反应式步进电机原理
由于反应式步进电机工作原理比较简单 。下面先叙述三相反应式步进电机原理 。
1、结构:
电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开 。0、1/3て、2/3て,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示),即A与齿1相对齐,B与齿2向右错开1/3て,C与齿3向右错开2/3て,A''与齿5相对齐,(A''就是A,齿5就是齿1)
2、旋转:
如A相通电,B,C相不通电时,由于磁场作用,齿1与A对齐,(转子不受任何力以下均同) 。如B相通电,A,C相不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3て,此时齿3与C偏移为1/3て,齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て 。
如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3て,此时齿4与A偏移为1/3て对齐 。如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3て这样经过A、B、C、A分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A……通电,电机就每步(每脉冲)1/3て,向右旋转 。如按A,C,B,A……通电,电机就反转 。
由此可见:电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系 。而方向由导电顺序决定 。
不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑 。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种导电状态,这样将原来每步1/3て改变为1/6て 。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3て变为1/12て,1/24て,这就是电机细分驱动的基本理论依据 。
不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1 。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件 。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机,出于成本等多方面考虑,市场上一般以二、三、四、五相为多 。
3、力矩:
电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量Ф)当转子与定子错开一定角度产生力F与(dФ/dθ)成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密,S为导磁面积 F与L*D*Br成正比L为铁芯有效长度,D为转子直径 Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)R为磁阻 。
力矩=力*半径
力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比(只考虑线性状态)因此,电机有效体积越大,励磁安匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然 。
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