混合式步进电机是综合了永磁式和反应式的优点而设计的步进电机。它又分为两相、三相和五相,两相步进角一般为1.8度 ,三相步进角 一 般为 1.2度 ,而五相步进角 一 般为0.72度。
产品介绍
步进电机的原始模型起源于1830年至1860年间世纪年代后期,随着永磁材料和半导体技术的发展,步进电机很快的发展并成熟起来。20世纪60年代后期我国开始研究和制造步进电机。从那时到60年代末,主要是高校和科研院所为研究一些装置而开发的少量产品。70年代初开始,生产和研究才有所突破。70年代中期至80年代中期进入发展阶段,各种高性能产品不断被开发出来。80年代中期以后,由于对混合式步进电机的开发和研制,我国混合式步进电机的技术,包括本体技术和驱动技术在内,都逐渐接近国外产业的水平,各种混合式步进电机及其驱动器的产品应用逐渐多起来。
步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化设备中。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。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(即步进角)。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。混合式步进电机是综合了永磁式和反应式的优点而设计的步进电机。它又分为两相、三相和五相,两相步进角一般为1.8度,三相步进角 一 般为 1.2度 ,而五相步进角 一 般为0.72度。
工作原理
混合式步进电机的结构与
反应式步进电机不同,反应式步进电机的定子与转子均为一体结构,而混合式电机的定子与转子都被分为下图所示的两段,极面上同样都分布有小齿。
定子的两段齿槽不错位,上面布置有绕组。上所示为两相4对极电机,其中的l、3、5、7为A相绕组磁极,2、4、6、8为B相绕组磁极。每相的相邻磁极绕组绕向相反,以产生图5-1.5中x、y向视图中所示的闭合磁路。
B相与A相的情况类似。转子的两段齿槽相互错开半个齿距(见图5-1.5),中间用环形永久磁钢连接,两段转子的齿的磁极相反。根据反应式电机同样的原理,电机只要按照A—B—A—B—A或A—B—A—B—A的顺序通电,步进电机就能逆时针或顺时针连续旋转。
显然,同一段转子片上的所有齿都具有相同极性,而两块不同段的转子片的极性相反。混合式步进电机与
反应式步进电机的最大区别在于当磁化的永久
磁性材料退磁后,则会有振荡点和失步区。
混合式步进电机的转子本身具有磁性,因此在同样的定子电流下产生的转矩要大于反应式步进电机,且其步距角通常也较小,因此,
经济型数控机床一般需要用混合式步进电机驱动。但混合转子的结构较复杂、转子惯量大,其快速性要低于反应式步进电机。
结构和驱动
国内生产步进电机的厂 家很多,其工作原理是是一样的,下面以国产某两相混合式步进电机42B Y G2 50C 及其驱动器SH20403为例介绍混合式步进电机的结构和驱动方法。
两相混合步进电机结构
工业控制中采用如图1所示的定子磁极上带有小齿,转子齿数很多的结构,其步距角可以做得很小。如图1两
相混合式
步进电动机的结构图,和图2步进电机绕组接线图,A、B两相绕组沿径向分相,沿着定子圆周有8个凸出的磁极,1、3、5、7磁极属于A相绕组,2、4、6、8磁极属于B相绕组,定子每个极面上有5个齿,极身上有控制绕组。转子由环形磁钢和两段铁芯组成,环形磁钢在转子中部,轴向充磁,两段铁芯分别装在磁钢的两端,使得转子轴向分为两个磁极。转子铁芯上均匀分布50个齿,两段铁芯上的小齿相互错开半个齿距,定转子的齿距和齿宽相同。
两相混合式步进电机的工作过程
当两相控制绕组按 的次序 轮流通电,每拍只有一相绕组通电,四拍构成一个循环。当控制绕组有电流通过时便产生磁动势,它与永久磁钢产生的磁动势相互作用,产生电磁转矩,使转子产生步进运动。当A相绕组通电时,在转子N极端磁极1上的绕组产生的S磁极吸引转子N极,使得磁极1下是齿对齿,磁力线由转子N极指向磁极1的齿面,磁极5下也是齿对齿,磁极3和7是齿对槽,如图4所示
A相通电转子 N极端定转子平衡图。由于两段转子铁芯上的小齿相互错开半个齿距,在转子S极端, 磁极1’和5’产生的S极磁场,排斥转子S极,与转子正好是齿对槽,磁极3’和7’齿面产生N极磁场,吸引转子 S极,使得齿对齿。A相绕组通电时转子N极端、S极端转子平衡图如图3。
因转子上共有50个齿,其齿距角为360° /50=7.2°,定子每个极距所占的齿数为不是整数,因此当定子的A相通电,在转子N极,磁极1的5个齿与转子齿对齿,旁边的B相绕组的磁极2的5个齿和转子齿有1/4齿距的错位,即 1.8°,如图4所示 A相通电时定转子齿展开图画圆圈的地方,A相磁极3的齿和转子就会错位 3.6°,实现齿对槽了。磁力线是沿转子N端→A(1)S磁极→导磁环→A(3’)N磁极→转子S端→转子N端,成一闭合曲线 。当A相断电B相通电时,磁极2产生N极性,吸合离它最近的S极转子7齿,使得转子沿顺时针方向转过1.8°,实现磁极2和转子齿对齿,B相绕组通电定转子齿展开图如图5所示,此时磁极3和转子齿有1/4齿距的错位。
依次类推若继续按四拍的顺序通电,转子就按顺时针方向一步一步地转动,每通电一次即每来一个脉冲转子转过1.8°,即称步距角为1.8°,转子转过一圈需要360°/1.8°=200个脉冲(见图4、图5)。
在转子S极端也是同样道理,当绕组齿对齿时,其旁边一相磁极错位1.8°。3
步进电机驱动器步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大,使步进电机绕组按一定顺序通电,控制电机转动。步进电机 42BYG250C的驱动器为SH20403。为10V~40V直流供电, A+、A-、B+、B-端 子要连接步进电机的四条引线,DC+、DC-端子接驱动器工作直流电源,输入接口电路包括公共端(接输入端子电源正极)、脉冲信号输入端(输入一系列脉冲,内部分配以驱动步进电机A、B相)、方向信号输入端(可实现步进电机的正、反转)、脱机信号输入端。
优点
混合式步进电机分为两相、
三相和五相:两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度,混合式步进电机随着相数(通电绕组数)的增加,步进角减小,精度提高,这种步进电机的应用最为广泛。混合式步进电机综合了反应式和
永磁式步进电机两者的优点:极对数等于转子齿数,可以根据需要在很大范围内变化;绕组电感随
转子位置变化较小,易于实现最佳运行控制;轴向充磁磁路,使用高磁能积的新型永磁材料,有利于电机性能的提高;转子磁钢提供励磁;在整个运行区域没有明显的振荡。