步進電機設(shè)計說明書.docx

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步進電機設(shè)計說明書 一． 步進電機介紹 1. 什么是步進電機 步進電動機將輸入的脈沖電信號變換為階躍的角位移或直線位移。給一個脈沖信號，電動機前進一步，因此稱為步進電動機。 步進電動機的運動由一系列電脈沖控制，脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的電脈沖信號，通過環(huán)形分配器按一定的順序加到電動機的各相繞組上。為了使電動機能夠輸出足夠的功率，經(jīng)過環(huán)形分配器產(chǎn)生的脈沖信號還需要進行功率放大。 2. 步進電機特點 電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。 因此，步進電動機具有以下優(yōu)點： （1）控制特性好； （2）誤差不長期積累； （3）步距值不受各種干擾因素的影響。 3. 步進電機主要特性 ① 步距角α 指每給一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子應(yīng)轉(zhuǎn)過角度的理論值，它是步進電機的重要指標(biāo)。它取決于電機結(jié)構(gòu)和控制方式。步距角可按下式計算： α=360/mzk 式中，m為定子相數(shù)； z為轉(zhuǎn)子齒數(shù)； k為通電系數(shù)，若連續(xù)兩次通電相數(shù)相同為1，若不同則為2。 ② 矩角特性、最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mjmax和啟動轉(zhuǎn)矩Mq 如果在電機軸上施加一個負(fù)載轉(zhuǎn)矩M，轉(zhuǎn)子會在載荷方向上轉(zhuǎn)過一個角度θ，轉(zhuǎn)子因而受到一個電磁轉(zhuǎn)矩Mj的作用與負(fù)載平衡，該電磁轉(zhuǎn)矩Mj稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩，該角度θ稱為失調(diào)角。步進電機 單相通電的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩Mj隨失調(diào)角θ的變化曲線稱為矩角特性，如下圖所示 ③ 啟動頻率fq和啟動時的慣頻特性 啟動頻率或突跳頻率fq：步進電機由靜止突然啟動、并進入不丟步的正常運行狀態(tài)所允許的最高頻率，是反映步進電機快速性能的重要指標(biāo)。空載啟動時，定子繞組通電狀態(tài)變化的頻率不能高于啟動頻率。 啟動時的慣頻特性：電機帶動純慣性負(fù)載時啟動頻率和負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量之間的關(guān)系。一般來說，隨著負(fù)載慣量的增加，啟動頻率會下降。如果除了慣性負(fù)載外還有轉(zhuǎn)矩負(fù)載，則啟動頻率將進一步下降。 ④ 運行矩頻特性 定義：步進電機啟動后，其運行速度能跟蹤指令脈沖頻率連續(xù)上升而不丟步的最高工作頻率，其值遠大于啟動頻率。 運行矩頻特性是描述步進電機在連續(xù)運行時，輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系，它是衡量步進電機運轉(zhuǎn)時承載能力的動態(tài)指標(biāo)，如圖所示。 運行矩頻特性是描述步進電機在連續(xù)運行時，輸出轉(zhuǎn)矩與連續(xù)運行頻率之間的關(guān)系，它是衡量步進電機運轉(zhuǎn)時承載能力的動態(tài)指標(biāo)，如圖所示。 4. 步進電機的應(yīng)用 步進電機在機械、電子、紡織、輕工、化工、石油、郵電、冶金、文教和衛(wèi)生等行業(yè)，特別是在數(shù)控機床上獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。 二． 步進電機基本結(jié)構(gòu) 定子鐵心：為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片迭壓而成。在面向氣隙的定子鐵心表面有齒距相等的小齒。 定子繞組：定子每極上套有一個集中繞組，相對兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。步進電動機可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。 轉(zhuǎn)子：上只有齒槽沒有繞組，系統(tǒng)工作要求不同，轉(zhuǎn)子齒數(shù)也不同。定轉(zhuǎn)子齒形相同。 三． 步進電機分類 按作用原理分，步進電機有磁阻式(反應(yīng)式)、感應(yīng)子式和永磁式三大類。 反應(yīng)式步進電機轉(zhuǎn)子無繞組，定子，轉(zhuǎn)子開小齒定子繞組勵磁后產(chǎn)生反應(yīng)力矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 感應(yīng)子式步進電機分為勵磁式和永磁式兩種。感應(yīng)子式步進電機的結(jié)構(gòu)與磁阻式步進電機的結(jié)構(gòu)相似。其定子轉(zhuǎn)子鐵心的磁場和齒槽均一樣，兩者的差別是感應(yīng)子式步進電機存在軸向存在恒定磁場。 勵磁感應(yīng)子式步進電機是靠轉(zhuǎn)子上的勵磁繞組產(chǎn)生軸向磁場。永磁感應(yīng)子式步進電機的轉(zhuǎn)子由一段環(huán)形磁鋼(在轉(zhuǎn)子中部)和二段鐵心(在環(huán)形磁鋼的兩端)，軸向充磁，建立軸向磁場。 永磁式步進電機轉(zhuǎn)子和定子的某一方具有永久磁鋼，另一方由軟磁材料制成。繞組輪流通電，建立的磁場與永久磁鋼的恒定磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 按輸出功率和使用場合分類，分為功率步進電機和控制步進電機。 按結(jié)構(gòu)分類，分為徑向式(單段式)、軸向式(多段式)和印刷繞組式步進電機。 按相數(shù)分類，分為三相、四相、五相、六相等。 四． 步進電機設(shè)計 1. 選擇步進電機類型 相數(shù)：三相 結(jié)構(gòu)：徑向式（單段式） 作用原理：勵磁感應(yīng)子式 2. 步進電機尺寸設(shè)計 此步進電機外形大概尺寸為： 3. 步進電機各零件設(shè)計 主要零件如圖所示： 其中：軸的伸出軸徑為φ9mm， 軸承為16001。 波紋墊圈的作用為軸承施加預(yù)應(yīng)力,減少軸承運轉(zhuǎn)的噪音,提高軸承的運轉(zhuǎn)精度與平穩(wěn)性 定子鐵芯有６個均勻分布的磁極，級與級之間的夾角為60 ，每個級上均布5個齒，轉(zhuǎn)子上均布40個齒。當(dāng)A相通電時，轉(zhuǎn)子有5個齒與之對齊，B相與轉(zhuǎn)子相對的齒就錯開3 。 4. 三相感應(yīng)子式步進電機工作原理介紹 按通電的控制方式分，有： 單節(jié)拍方式： A→B→C→A 雙三拍方式：AB→BC→CA→AB 三相六拍方式：A→AB→B→BC→C→CA→A