步进电机通常是运动控制系统中极其重要的部件。从广义上讲,步进电机与传统的交流感应电机相似,因为它们都有定子和转子。然而,相似之处仅限于此。步进电机是一种DC同步电机。感应电机的旋转在很大程度上是不可控的,而步进电机的旋转可以非常精确地控制。步进电机可以产生完整的瞬时扭矩-即使在休息。这使得它们非常适合精度、可重复性和功耗至关重要的运动控制应用。
一、步进电机的类型
步进电机主要分为三种类型:
1.永磁步进电机。永磁步进电机的转子由永磁体组成,永磁体与定子的电磁体相互作用,产生旋转和扭矩。永磁步进电机通常具有相对较低的功率要求,并且每单位输入功率可以产生更大的转矩。
2.可变磁阻步进机。VR步进转子不是由永磁体制成的。相反,它们由普通的铁制成,类似于齿轮,在转子的圆周上有突起或“齿”。齿导致VR步进机的角度分辨率非常高;但是,这种精度通常是以扭矩为代价的。
3.混合同步步进器。HS步进转子利用了PM和VR步进转子的最佳特性。HS电机中的转子有一个永久磁铁芯,圆周是普通的带齿铁。因此,混合式同步电机同时具有高角度分辨率和高转矩。
二、步进电机有三种主要工作模式:
1.全步骤模式。电机轴每旋转360°,转子就会经过200个不同的步,每一步正好是1.8。在整个运行过程中,定子上的两相始终通电。这提供了最大的扭矩,但是角度分辨率受到转子齿数的限制。
2.半步模式。电机轴每旋转360°,转子就会做出400个不同的步,每一步正好是0.9。半步运行期间,定子上的一相或两相交替。这提供了两倍的角度分辨率,以提高定位精度,但代价是扭矩。
3.微步模式。电机轴每旋转360°,转子就会经过51200个不同的步,每一步正好是0.007。在微步运行期间,定子上的相可以通电、断电或部分通电。这种模式用于要求高精度定位的应用中,尽管额定转矩可以降低30%。
三、选择步进电机的重要注意事项
为您的应用选择步进电机时,分析电机的转矩-速度曲线非常重要。该数据可从制造商处获得,是给定速度下电机扭矩的图形表示。电机的转矩-速度曲线必须与应用要求紧密匹配,否则系统性能将达不到预期。