步進電機是一種可以與脈沖信號同步準確地控制旋轉角度和轉速的電機,步進電機的也稱為“脈沖電機”。由于步進電機無需使用位置傳感器僅通過開環控制即可實現準確的定位而被廣泛用于需要定位的設備中。
步進電機的結構(兩相雙極)
下圖從左到右分別是步進電機的外觀示例、內部結構簡圖和結構概念簡圖。
在外觀示例中,給出的是HB(混合)型和PM(永磁)型步進電機的外觀。在中間的結構圖給出的也是HB型和PM型的結構。
步進電機是線圈固定、永磁體旋轉的結構。右側的步進電機內部結構概念圖是使用兩相(兩組)線圈的PM電機示例。在步進電機基本結構示例中,線圈配置在外側,永磁體配置在內側。線圈除了兩相外,還有三相和五相等相數較多的類型。
有些步進電機具有其他不同的結構,但是為了便于介紹其工作原理而在本文中給出了基本結構的步進電機。通過本文希望了解步進電機基本上采用線圈固定、永磁體旋轉的結構。
步進電機的基本工作原理(單相勵磁)
下面使用下圖來介紹步進電機的基本工作原理。這是上面兩相雙極型線圈每一相(一組線圈)的勵磁示例。該圖的前提是狀態從①到④變化。線圈分別由線圈1和線圈2組成。另外,電流箭頭表示電流流動方向。
①
?使電流從線圈1的左側流入,從線圈1的右側流出。
?勿使電流流過線圈2。
?此時,左線圈1的內側變為N,右線圈1的內側變為S。
?因此,中間的永磁體被線圈1的磁場吸引,變為左側S和右側N的狀態并停止。
②
?停止線圈1的電流,使電流從線圈2的上側流入,從線圈2的下側流出。
?上線圈2的內側變為N,下線圈2的內側變為S。
?永磁體被其磁場吸引,順時針旋轉90°停止。
③
?停止線圈2的電流,使電流從線圈1的右側流入,從線圈1的左側流出。
?左線圈1的內側變為S,右線圈1的內側變為N。
?永磁體被其磁場吸引,順時針再旋轉90°停止。
④
?停止線圈1的電流,使電流從線圈2的下側流入,從線圈2的上側流出。
?上線圈2的內側變為S,下線圈2的內側變為N。
?永磁體被其磁場吸引,順時針再旋轉90°停止。
通過電子電路按照上述①至④的順序切換流過線圈的電流,即可使步進電機旋轉。在該示例中,每一次開關動作會使步進電機旋轉90°。另外,當使電流不斷流過某一線圈時,可以保持停止狀態并使步進電機具有保持轉矩。順便提一下,如果將流過線圈的電流順序反過來,則可以使步進電機反向旋轉。
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