步进电机在世界制造业中扮演着重要的角色。他们的使用普遍取决于期望和应用。如果我们的目标是高精度,机械和电气坚固,用户友好,控制和维护转子的位置也没有电源,那么这种雷竞技app下载官方版电机类型是理想的。
在本文中,我们正在在市场上处理可用的步进电机的主要类型,基本的结构方面及其在静态和动态条件下的操作特性。

步进电机用于小功率驱动器,因为它比其他电机效率低。它允许实现高定位精度,它适用于机器人、汽车、2D绘图仪、3D打印机和其他几个领域。
它们的名字来源于这样一个事实:在每个控制中都设置了一个非常精确的角旋转,准确地称为步进。它们由具有开环位置控制的适当电子开关电路进行引导。在没有特定控制的情况下,步进电机维持所达到的位置。一般来说,我们可以声明所有步进电机由定子和转子组成,定子由铜线线圈组成绕组。

在制造业的范围内,步进电机分类如下:

  • 永久磁铁(PM);
  • 可变磁阻(VR);
  • 杂交(HY)。

永磁步进电机

转子由一个永磁体组成,在其表面上显示的极数与定子上的极数相同,在定子上存在两个相(或绕组)。
如果我们用D的数量和杆对的数量表示α极角,即一对南北两极所占的角度,我们可以表示如下关系:

这种电动机有三种励磁方式:

  1. 单相,各绕组单独供电,转子每步旋转90°,整个序列相当于一圈;
  2. 两相,其中绕组是动力同时,与转子对齐两极之间的扩张(操作时,我们想要有高扭矩);
  3. 半步。在这种情况下,电源首先涉及一个相,然后涉及两个相,依次只涉及第二个相,以此类推。每相变一次,旋转步长为45°。

图1,我们可以看到一个永磁步进电机的示意图。

图1 -永磁步进电机的示意图
图。图1-永磁步进电机的原理化

变磁阻步进电机

可变磁阻步进电机的操作原理(图2)可以归因于活动部件倾向于布置在最小磁阻条件下。这个操作相当于获得电感和最大磁通。磁阻,准确地说,测量的是材料对磁通量过境的反对。VR电机有一个槽形铁转子和一个由带齿杆的叠片组成的定子。转子有不同数量的齿,或极扩展,从定子的。后者特征n年代齿,而转子本体nr= N.年代±2。齿间夹角(θ.r / s)是:

式中,s为定子,r为转子。
考虑到定子,在每一对相对的齿上呈现一个绕组,构成一个相。相位数(F)为:

最小的相位数是3个(A、B和C)。这是不可能使这种电机类型只运行两个阶段,因为旋转感觉不会被确定。

图2 -变磁阻步进电机

混合式步进电机

绝大多数步进电机是混合(HY)。他们将PM和VR马达的特性分组。
如图所示图3在美国,转子是由两部分组成的,称为杯,在轴向磁化的意义上(一个北和一个南),持有一系列齿交替槽。杯子的位置是不一致的,这样一个杯子的牙齿和另一个杯子的空隙是一致的。指示与α转子齿间的角度,杯间的相位位移为α/ 2。定子类似于VR的一个,有一个带齿杆的叠层堆栈,但只有两个阶段。当a相被激发时,前杯的S极化齿与n极的齿对齐。在后杯,与牙齿不相靠α/2,相反发生:转子的N极化齿与a相的s极的齿排列。转子齿与b相齿之间的不对中是值得考虑的α/ 4。当b相受激时,转子必须旋转α/4正确对准b相的两极。

图3 -混合式步进电机。上述方案是指一个有点过时的模型,但它适当地传达了结构的想法,说电机

在连续的步骤中,前后杯总是与激发相的n极对齐,而后杯与相同相的S杆对齐。在Z配置之后,转子被一颗牙齿移动,因此每次旋转的步数是:

S = nr∙Z

在静态条件下发展的扭矩

在静态条件下,任何类型的步进电机都可以产生以下力矩:

  • 保持转矩。让我们考虑任何类型的步进电机(PM, VR或HY),让我们为一个单相供电。转子将自己定位在一个确定的稳定位置。如果,从外部,施加一个力矩,施加aθ转动时,定子磁极和转子之间的磁性吸引力将与外部负载相对,产生与施加的扭矩相等的相反的扭矩。这种扭矩称为持力矩(HT),当转子的转角相等时,持力矩为最大α/ 4,α为极角,即一对极所占的角。在这种情况下,转子的磁极相对于定子的磁极处于中间位置,同时受到对极的吸引和同极的排斥。如果我们继续增加旋转,失速扭矩开始减小,减小到一个角等于α/ 2。转子和定子的同构杆对齐,排斥力具有空切线分量,并形成无扭矩。这种条件对应于由于扭矩为空而不稳的平衡的情况,但是小旋转(正或负)足以使转子返回到连续或前一步骤。实际上,反应扭矩改变其符号并倾向于使转子返回到初始位置或与连续步骤相对应的位置。表明的情况图4指的是PM电机。
  • 启动转矩。当步进电机没有动力时,我们期望转子的零转矩。实际上,在PM或HY电机,即使在没有动力的定子相,一个制动扭矩DT出现。这种扭矩的范围从保持扭矩的5%到20%。如果电机必须在没有电源的情况下保持该位置,我们尝试用合适的齿形尽可能提高制动力矩。相反,如果这样的扭矩让人烦恼,我们将试图将其最小化。值得注意的是,由于在轴瓦上的摩擦,制动力矩的平均值不是零。
图4 -保持扭矩的趋势。如果我们同时给两相供电,就像步进电机通常会发生的那样,我们会得到一个类似的扭矩曲线(绿色曲线),其最大值比单相供电时高√2倍

扭矩在动态条件下发展

使用一些导频电路操作电机,可以评估步进电机在动态条件下的操作。在技术文献中,我们可以区分两种操作类型(图5):

  • 在拉出(拉出扭矩)中操作。电机在旋转过程中所能产生的最大转矩称为拉出转矩,约等于保持转矩的90%。在实际操作中,我们建议选择电机的尺寸,使其工作时的转矩与保持转矩的50%左右相对应。在所谓的拉出速度下,相对扭矩失效。然后,目录提供了根据速度的拉出扭矩的图表。
  • 拉入操作(拉入扭矩)。为了让电机产生拉出扭矩,有必要让驱动器通过适当的加速坡道将其带到所希望的速度。如果我们要发展出拉出力矩,脉冲的频率必须逐渐增加到所需的频率。然而,驱动器并不总是如此复杂:在许多应用中,静止电机立即以最大频率供电,而不使用渐进的加速坡道。这是拉入的操作。如果速度较低,电机在拉入时启动没有困难,但是,当速度高于所谓的拉入速度时,事情就不再可能了,电机即使没有负载也不会启动。在产品目录中,制造商也提供了拉入扭矩曲线。
图4 -保持扭矩的趋势。如果我们同时给两相供电,就像步进电机通常会发生的那样,我们会得到一个类似的扭矩曲线(绿色曲线),其最大值比单相供电时高√2倍

结论

步进电机在世界制造业中扮演着重要的角色。它们的使用通常取决于期望和应用程序。如果我们的目标是高精度,机械和电气坚固,用户友好,控制和维护转子的位置也没有电源,那么这种雷竞技app下载官方版电机类型是理想的。然而,我们应该考虑到一些限制,比如不可能有高速,产生热量,特别是需要提供合适的驾驶系统。

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