步进电机驱动之相数、步距角、细分、拍数

步进电机的基本原理

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控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差(精度为 100%)的特点,广泛应用于各种开环控制。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。

  • 永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为 7.5 度 或 15 度;
  • 反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为 1.5 度,但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的
    变化产生转矩。
  • 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。

步进电机的基本参数

1.相数

电机内部线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距 角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。

2.拍数

完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示,或指电机转过一个齿距角所需脉冲数,
以四相电机为例,有四相四道拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.

3.步距角

对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度(转子齿数J运行拍数),以常规二、四相,转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/(504)=1.8度(俗称整步),八拍运行时步距角为θ=360度/(50*8)=0.9度(俗称半步)。

4.转速

这两个概念清楚后,我们再来计算转速,以基本步权距角1.8°的步进电机为例(现在市场上常规的二、四相混合式步进电机基本步距角都是1.8°),四相八拍运行方式下,每接收一个脉冲信号,转过0.9°,如果每秒钟接收400个脉冲,那么转速为每秒400X0.9°=360°,相当与每秒钟转一圈,每分钟60转。
其他情况同理可以计算得出。

5.细分

步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术,其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。细分后电机运行时的实际步距角是基本步距角的几分之一。
(两相步进电机的基本步距角是1.8°,即一个脉冲走1.8°,如果没有细分,则是200个脉冲走一圈360°,如果是10细分,则发一个脉冲电机走0.18°,即2000个脉冲走一圈360°,电机的精度能否达到或接近0.18°,还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。)
注意:细分是通过驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的,与电机无关!!!在电机实际使用时,如果对转速要求较高,且对精度和平稳性要求不高的场合,不必选高细分。在实际使用时,如果转速很低情况下,应该选大细分,确保平滑,减少振动和噪音。

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