[问答]

电机实际的运转过程是怎样的？

1848 电机

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 什么是步进电机？具有哪些优缺点？步进电机的工作原理是什么？有哪些种类？电机实际的运转过程是怎样的？ 0
2021-10-19 09:08:12　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × bertvwang 该类别下有 10 个回答。邀请回答纯纯纯牛奶该类别下有 10 个回答。邀请回答幽默该类别下有 9 个回答。邀请回答王伟01 该类别下有 9 个回答。邀请回答 dahairenlyy 该类别下有 8 个回答。邀请回答凌晨3点睡该类别下有 8 个回答。邀请回答 fhbding 该类别下有 8 个回答。邀请回答 hzp_bbs1 该类别下有 8 个回答。邀请回答笔画张该类别下有 8 个回答。邀请回答偶是糕富帅该类别下有 8 个回答。邀请回答 Ehunt 该类别下有 8 个回答。邀请回答 tutu304725938 该类别下有 8 个回答。邀请回答 pingnai 该类别下有 7 个回答。邀请回答雅博电子科技该类别下有 7 个回答。邀请回答 liutiefu 该类别下有 7 个回答。邀请回答低调de炫耀爱该类别下有 7 个回答。邀请回答 jenny042 该类别下有 7 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 7 个回答。邀请回答苹果派派该类别下有 7 个回答。邀请回答技术牛人小渣子该类别下有 7 个回答。邀请回答举报算一挂相关推荐 • 分度电机旋转过程中有明显的停顿不连续是什么原因造成的？ 596 • 电机转速控制 5445 • 主轴伺服电机的风冷风扇都是怎么控制运转的？ 1720 • 电机运转时产生啸叫声的原因是什么？ 19071 • 在使用伺服电机的过程中有哪些事项需要注意？ 885 • 电机以步进形式运转具有什么优点？ 1053 • 如何用labview控制步进电机运转 4438 • 求大神给一份“当步进电机转过设定的角度就报警的程序” 3546 • 电机库怎样设置可以关闭电流环和速度环等开环运转？ 154 • 单相电机启动不起来电机原正常运转，停掉后再启动无反应？ 1618 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 该文章主要介绍步进电机的特性及其简单的原理。通过这些特性去了解电机实际的运转过程。一、步进电机介绍 1.概念什么是步进电机？所谓步进电机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构;更通俗一点讲：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。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量，从而达到精确定位的目的;同时还可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度，从而达到调速的目的。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3% ~ 5% ，而且不会将一步的误差积累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较低； 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；缺点 1．如果控制不当容易产生共振； 2．难以运转到较高的转速；超载时,容易发生丢步，堵转。步进电机的种类步进电机有三个基本类型，分别是：磁阻变化式/反应式/感应式VR（Variable Reluctance Stepping Motor）永磁式PM（Permanent Magnet Stepping Motor ）混合式/永磁感应子式HB （Hybrid Stepping Motor）另外还有一些特殊的步进电机类型。例如其中有一种碟形样步进电机。这种电机的稀土磁钢的转子采用了盘状设计。这种类型的步进电机有许多优点：例如他的转动惯量较低，还有不需要通过定子的两个极进行交链的优化磁路，而这些特点对某些应用来讲尤为重要。反应式VR 这种类型的步进电机出现的时间较早。从结构方面讲，这也许是最容易理解的电机。这种电机由带齿的软磁铁芯转子和带绕组的定子组成。当定子绕组直流电激磁时，相应的极就被磁化。当转子的齿被吸向激磁的定子极时，就产生了旋转。永磁式PM 永磁式步进电机是一种低成本、低分辨率形式的步进电机。该电机典型的步距角是从7.5度到15度（48~20步/转）。顾名思义，永磁式样是在转子结构中增加了永磁体，和反应式相比其转子上不再有齿条，替代的是采用N极和S极（沿轴向）交替平行放置充磁磁条的转子结构形式。和反应式相比，永磁式显示了力矩较高的特点。混合式HB 混合式比永磁式要贵很多，而在每步的分辨率、力矩以及速度方面的性能也比永磁式好得多。一般情况下混合式步进电机的步距角是从3.6度到0.36度（100~ 1000 步/转）。混合式集中了反应式和永磁式的优点。他的转子除了和反应式样步进电机一样有齿条外，还包括和转轴同心的沿轴向充磁的磁钢。转子上的齿条为气隙磁通提供了较好的定位路径。和反应式样以及永磁式相比，这一点进一步增加了电机的定位转矩、保持转矩和动态力矩特性。应用其中使用较多的为1.8°的HB两相步进电机，所以后面将重点介绍该结构与工作原理。二、步进电机工作原理物理知识重温当电机定子的一相绕组通以激磁电流时，就回产生磁通。磁通的方向可以用“右手法则”来确定。（用右手握住线圈，使大拇指和其余的四指垂直，如果其余的四指和电流的方向一致，那么大拇指所指的方向就时磁场的方向）例子：左图显示了B相激磁时磁通的路径及对应的电流的方向。转子于是开始排列自己的位置，以使对磁通的阻抗最小。在这种情况下，电机将沿顺时针方向旋转，使得转子的南极和定子B相下的北极（位置2）对齐，转子的北极和定子B相下的南极（位置6）对齐。步进电机结构转子由两片转子铁芯，一片磁钢，和一根转轴组成。每片转子铁芯上有均匀分布的50个齿，每个齿之间的夹角为7.2度。磁钢沿轴向冲磁，只有一对极。若转子一边的铁芯为N极，那么另外一边就为S极。两片转子铁芯在装配上要求不能对齐，而是错开半个齿距。定子有8个极，沿圆周分布，每个极之间的夹角为45°。每个极上有5个齿，每个齿之间的夹角也是7.2度。角度余数：极夹角除以转子齿距（以角度表示）所得余数。电机截面图定子： ①A相绕组跨过4个极，上下两个极正绕，左右两个极反绕。 ②B相与A相相差45°，B相绕组也是跨过4个极，上下两级正绕，左右两个极反绕。转子： ①转子铁芯朝外面的一段为N极，该转子铁芯和上下两个极，齿与齿对齐；和左右两个极，是齿和槽对齐。 ②转子铁芯朝内面的一段为S极，该转子铁芯与上下两个极，齿与槽对齐；和左右两个极，是齿与齿对齐。励磁顺序第一步：A相通电该图与上个截面图相同。第二步：Ｂ相通电转子： ①转子铁芯朝外面的一段为N极，该转子铁芯和东北、西南两个极，齿与齿对齐；和西北和东南两个极，是齿和槽对齐。 ②转子铁芯朝内面的一段为S极，该转子铁芯与东北、西南两个极，齿与槽对齐；和西北和东南两个极，是齿与齿对齐。刚好错开了半个齿，1.8° 第三步：A相反向通电转子： ①转子铁芯朝外面的一段为N极，该转子铁芯和上下两个极，齿与槽对齐；和左右两个极，是齿和齿对齐。 ②转子铁芯朝内面的一段为S极，该转子铁芯与上下两个极，齿和齿对齐；和左右两个极，是齿与槽对齐。跟第一步相差一个齿，3.6° 跟第二步相差半个齿，1.8° 第四步：B相反向通电转子： ①转子铁芯朝外面的一段为N极，该转子铁芯和东北、西南两个极，齿和槽对齐；和西北和东南两个极，是齿与齿对齐。 ②转子铁芯朝内面的一段为S极，该转子铁芯与东北、西南两个极，齿与齿对齐；和西北和东南两个极，是齿和槽对齐。与第一步相差一个齿和半个槽，5.4° 与第二步相差一个齿，3.6° 与第三步相差半个槽，1.8° 最后回到第一步：A相通电继续走1.8°，完成最后半个槽，即走完一个7.2°周期。刚好为齿与齿之间的间距，走完50个齿，即为一圈。以上便是电机的通电顺序带来的角度变化。三、步进电机基础参数介绍转矩步进电机转矩的产生依赖于好几个因素。步进速率绕组中的驱动电流驱动的方案或类型在步进电机中，当定子和转子的磁通相互交链时，就可以产生转矩。步进电机的定子铁芯是采用导磁高的材料制成的。和电子电路中电流集中在导体中的那种方式一样，由于这种高导磁材料的存在，使得磁通主要集中在定子铁芯结构所限定的磁路上，而这个结构就是确保磁通集中在定子极上。电机的输出转矩和绕组励磁时产生的磁密是成正比的。公式：H =（N x I）/ L N = 绕组匝数；I = 电流；H = 磁密；L = 磁通路径的长度相、极相是指电机内部的线圈组数，常用的有二相、三相、四相、五相步进马达。一个双极性电机有两相，每相有一个绕组；单极性的电机也有两相，每相一个绕组，只是每相绕组多了一个中心抽头。单极性步进电机有时被成为“四相电机”，尽管它只有两相。极可以定义为励磁体上磁密集中的区域。介绍旋转磁场的图例包含了这样一个两相步进电机的简化图例：定子每相有两极（一对极），转子有两极（一对极）。实际上，定转子结构中都会增加一些极，以增加电机每转的步数，换句话说，就是使电机的基本（整步）步矩角更小。步距角、极性步距角：电机转动一步的角度。下列转子的极数、定子的等效极数以及相数之间的关系式可以确定一个步进电机电机整步时的步矩角。步矩角 = 360°/（NPhx Ph）= 360° / N NPh= 每相有效极数= 转子极数；Ph = 相数；N =各相的极数之和极性：分为单极性和双极性单极性：不改变绕组电流的方向，只是对几个绕组依次循环通电。双极性：不只是对几个绕组依次循环通电，而且还要改变绕组的电流的方向。步进方式下列步进方式最为常见：单拍驱动（1相通电）整步驱动（2相通电）半步驱动（1&2相通电）微步驱动（电机电流连续变化）拍：定子线圈绕组从一种通电状态切换到另一种通电状态叫一"拍",此时电机转子所转过的角度等于一个步距角在单拍驱动情况下，在任何时候只有一个绕组励磁。当定子按照A -> B -> A’ -> B’的顺序励磁时，转子将按照8 -> 2 -> 4 -> 6 的位置步进。不论是单极性还是双极性绕法的电机，只要绕组参数相同，这种励磁模式将导致（转子运动到）相同的机械位置。这种驱动方式的缺点就是，绕组的利用率对于单极性只有25%，对于双极性只有50%，也就是说你没有获得该电机的最大输出力矩。在整步驱动情况下，任何时候都有两相励磁。当定子按照AB -> A’B ->A’B’ ->AB’顺序励磁时，转子将按照1 ->3 -> 5 -> 7 的位置步进。整步驱动和单相通电有相同的运动角度，只是机械位置上相差了半步。绕组参数相同时，单极性电机的输出力矩要比双极性的低，因为单极性电机只利用了绕组的一半，而双极性电机却利用了整个绕组。半步驱动综合了单排和整步两种驱动方式（1&2 相通电）。在这种方式下，第二步只有一相通电，在另外一步，每极上都有一相通电。当定子按照AB -> A ->A’B -> A’ -> A’B’ -> B’ -> AB’ ->A 的顺序励磁时，转子的步进位置依次为 1 -> 2 ->3 -> 4 ->5 -> 6 -> 7 -> 8。这种运动的角度只有一相或两相通电那种驱动方式下的步距角的一半。和一相或两相通电驱动方式相比，半步运行还可以减低共振。在细分驱动时，绕组中的电流是不断变化的，可以将一整步分成许多更为细小的微步。如下图四、步进电机特性矩角特性步进电机的矩角特性是指当步进电机按额定电压（电流）励磁时，施加在转轴上的力矩与对应的偏移（角度）之间的关系。在理想状态下，步进电机的矩角特性是正弦曲线。（单脉冲，电流不变的情况下）偏移角度由下列关系式确定： X =（Z/2π）x arcsin（Ta/Th）；其中： Z = 转子齿距角； Ta= 负载转矩； Th= 电机额定转矩（静转矩）；X = 偏移角度。静态特性静态稳定区静态稳定区：在空载时，稳定平衡位置对应与Θ=0°处，而Θ=±180°则为不稳定平衡位置。在静态情况下，如受外力矩的作用使转子偏离稳定平衡位置，但没有超过相邻的不稳定平衡点，则当外力矩除去以后，电动机转子在静态转矩作用下仍能回到原来的稳定平衡点，所以两个不稳定配合度之间的区域构成静态稳定区。如下图：多拍的矩角特性族最大静转矩：当你将一个外力Ta作用在电机的转轴上时，就会产生一个对应的偏移角度Θ，这个偏移角度Θ是超前角还是滞后角，取决于电机是加速还是减速状态。在施加负载的作用下停止时，它将保持在一个被定义为偏移角的位置上。电机产生的力矩T，对应于所施加的外力以平衡负载。当负载增加时，偏移角也相应增加直到达到电机的最大保持转矩Tmax，一旦超过电机将进入一个不稳定区域。在这个区域力矩产生反向，转子将越过不平衡点到达下一个平衡点。动态特性转子的震荡过程由之前的分析，可以获知切换控制绕组时，转子单调地趋向新的平衡位置，但实际上要经过一个衰减的振荡过程。共振现象共振的解决方案机械阻尼：增加电机转子的干摩擦阻力或增加粘性阻力。缺点：增大了惯性，快速性能变差，体积增大。电气阻尼：多相激励阻尼，延迟断开阻尼。优点：方法简单，效果好。矩频特性(速度特性) 矩频特性与起动惯频特性参数概念： ①保持转矩（Holding Torque）：电机在锁定时能产生的最大力矩。 ②最大起动频率（Maximum Start Rate）：指不加负载时的最大起动频率。 ③最大运行频率（Maximum Slew Rate）：指电机不加负载时的最大运行频率。 ④牵出曲线（Pull-Out Curve）：定义的范围是一个被称为运转的区域。它是指电机能够不失步地运行到的最大频率。既然这个区域在牵入区域以外，那么电机必须通过一个阶（ramped 加速或减速）才能进入这一区域。 ⑤牵入曲线（Pull-In Curve）：起动曲线定义的范围是一个被称为起停的区域。这是电机在带负载的情况下，能够瞬时起停且不失去同步的最大频率。从曲线的形状可以看出步进频率对步进电机转矩输出能力的影响。随着速度的增加，输出转矩将会减小，这是由于控制绕组是电感性器件，它具有缓解电流变化的作用。在高速时电机的电感成为电路的支配要素。电机起动后，运行频率远大于起动频率，因为刚起动时有较大的惯性扭矩并需要一定加速时间。

2021-10-19 11:11:19 评论举报张秀芳