步進電機

步進電機是一種機電設備，可將電信號轉換為軸的離散角運動。步進電機的使用允許機器的工作體通過在運動結束時固定其位置來執行嚴格的劑量運動。

步進電機是提供固定角運動（步進）的執行器。轉子角度的任何變化都是步進電機對輸入脈衝的響應。

分立式電動步進電機驅動器自然地與數字控制設備相結合，這使其能夠成功地用於數字控制金屬切削機床、工業機器人和機械手以及時鐘機構。

離散電驅動器也可以使用系列來實現 異步電動機，由於特殊控制可以在步進模式下工作。

步進電機用於電力驅動，功率從幾分之一瓦到幾千瓦不等。在串聯異步電動機的幫助下，可以實現離散電力驅動器功率規模的擴展，由於適當的控制，電動機可以在步進模式下運行。

各類步進電機的工作原理如下。在電子開關的幫助下，產生電壓脈衝，將其饋送到位於步進電機定子上的控制線圈。

根據控制線圈的勵磁順序，磁場中的一個或另一個離散變化發生在電機的操作間隙中。隨著步進電機控制線圈磁場軸線的角位移，其轉子隨磁場離散旋轉。轉子的旋轉規律由控制脈衝的順序、佔空比和頻率以及步進電機的類型和設計參數決定。

將使用最簡單的兩相步進電機電路示例（圖 1）來考慮步進電機的工作原理（獲得轉子的離散運動）。

米。 1.帶主動轉子的步進電機簡圖

步進電機有兩對明確定義的定子極，勵磁（控制）繞組位於其上：繞組 3 的端子為 1H — 1K，繞組 2 的端子為 2H — 2K。每個繞組由位於定子1SM的相反兩極的兩部分組成。

所考慮方案中的轉子是兩極永磁體。線圈由來自控制設備的脈衝供電，該控制設備將輸入控制脈衝的單通道序列轉換為多通道序列（根據步進電機的相數）。

考慮步進電機的運行，假設在初始時刻電壓施加到線圈 3。該線圈中的電流將磁化垂直放置的磁極 N 和 8。由於磁場與永磁體相互作用轉子的磁體，後者將佔據平衡位置，在該平衡位置，定子和轉子磁場的軸線相同。

位置將是穩定的，因為有一個同步力矩作用在轉子上，它傾向於使轉子返回到平衡位置：M = Mmax x sinα，

其中 M.max — 最大力矩，α — 定子和轉子磁場軸之間的角度。

當控制單元將電壓從線圈 3 切換到線圈 2 時，會產生一個水平磁極的磁場，即定子磁場以定子圓周的四分之一進行離散旋轉。在這種情況下，定子和轉子軸線之間的發散角α = 90°將出現並且最大扭矩Mmax將作用在轉子上。轉子將旋轉角度 α = 90° 並佔據一個新的穩定位置。這樣，定子磁場步進運動後，電機轉子步進運動。

步進電機的主要工作方式是動態的。與同步電機不同，步進電機設計用於從靜止狀態和強制電制動進入同步狀態。由於這一點，步進電驅動器提供啟動、停止、反轉以及從一種控制脈衝頻率到另一種頻率的轉換。

步進電機是通過輸入信號的頻率從零突然或逐漸增加到工作頻率來啟動的，停止是通過降低零來實現的，而反向是通過改變步進電機繞組的開關順序來實現的。

步進電機的特徵在於以下參數：相數（控制線圈）及其連接方案、步進電機的類型（帶主動或被動轉子）、單轉子步距（轉子在單個脈衝下的旋轉角度） )、標稱電源電壓、最大靜止時間力矩、額定轉矩、轉子轉動慣量、加速頻率。

步進電機分為單相、兩相和多相，帶有主動或被動轉子。步進電機由電子控制單元控制。圖 2 顯示了步進電機控制方案的示例。

米。 2. 開環步進電機電驅動功能圖

電壓脈衝形式的控制信號被提供給塊 1 的輸入，例如，它將脈衝序列轉換為單極脈衝的四相繫統（根據步進電機的相數） .

塊 2 產生這些脈衝，這些脈衝的持續時間和振幅是開關 3 正常操作所必需的，步進電機 4 的繞組連接到開關 3 的輸出端。開關和其他塊由直流電源供電5.

隨著對分立驅動器質量要求的提高，採用了步進電驅動器的閉合電路（圖3），其除步進電機外，還包括變流器P、換向器K和步進傳感器DSh。在這種離散驅動器中，有關工作機構 RM 軸的實際位置和步進電機速度的信息被饋送到自動調節器的輸入端，這提供了驅動器運動的設定特性。

米。 3. 閉環離散驅動功能圖

現代離散驅動系統使用微處理器控制。步進電機驅動器的應用範圍在不斷擴大。它們在焊接機、同步裝置、磁帶和錄音機、內燃機的燃料供應控制系統中的應用前景廣闊。

步進電機的優點：

• 高精度，即使是開環結構，即無轉向角傳感器；

• 與數字管理應用程序的本地集成；

• 缺少經常導致其他類型發動機出現問題的機械開關。

步進電機的缺點：

• 低扭矩，但與連續驅動電機相比；

• 限速；

• 由於顛簸運動導致的高水平振動；

• 開環系統中的大誤差和脈衝丟失振盪。

步進電機的優點遠大於缺點，因此常用於驅動裝置功率小就足夠的場合。

本文使用的材料來自 Daineko V.A.、Kovalinsky A.I. 一書。農業企業的電氣設備。