混合式步进電(diàn)机的结构及工作原理(lǐ)
文(wén)章出处:汉德保(HDB MOTOR)電(diàn)机 人气:8132发表时间:2020-11-12
混合式步进電(diàn)机(又(yòu)称感应子式步进電(diàn)机)既有(yǒu)反应式步进電(diàn)机小(xiǎo)步距角的特点,义有(yǒu)永磁式步进電(diàn)机效率高、绕组電(diàn)感比较小(xiǎo)的特点。
(1) 两相混合式步进電(diàn)机的结构
图1-11為(wèi)混合式步进電(diàn)机的轴向剖视图。它的定子铁芯与单段反应式步进電(diàn)机基本相同,即沿着圆周有(yǒu)若干凸出的磁极,每个磁极的极面上有(yǒu)小(xiǎo)齿,机身上有(yǒu)控制绕组:定子控制绕组与永磁式步进電(diàn)机基本相同,也是两相集中绕组,每相為(wèi)两对极,控制绕组的接線(xiàn)如图1-12所示。
转子中间為(wèi)轴向磁化的环形永久磁铁,磁铁两端各套有(yǒu)一段转子铁芯, 转子铁芯由整块钢加工或用(yòng)硅钢片叠成,两段转子铁芯上沿外圆周开有(yǒu)小(xiǎo)齿,其齿距与定子小(xiǎo)齿齿距相同,两端的转子铁芯上的小(xiǎo)齿彼此错过1/2齿距,如图1-13所示。定、转子齿数的配合与单段反应式步进電(diàn)机相同。
图1-13 (a) 所示的S极铁芯段截面图即為(wèi)图1-11 中的I一I截面:图1-13 (b)所示的N极铁芯段截面图即為(wèi)图1-11中的11一II截面。在图1-13 (a)所示的S极铁芯段截面图中,当磁极1下是齿对齿时,磁极5下也是齿对齿,气院磁阻最小(xiǎo):磁极3和磁极7下是齿对槽,气隙磁阻最大。
此时,在图1-13 (b)所示的N极铁芯段截面图中,磁极1'和磁极5下, 正好是齿对槽,磁极3’和磁极7'下,正好是齿对齿。可(kě)见,两端的转子铁芯上的小(xiǎo)齿彼此错过1/2齿距。
混合式步进電(diàn)机作用(yòng)在气隙上的磁动势有(yǒu)两个。一个是由永久磁钢产生的磁动势:另一个是由控制绕组電(diàn)流产生的磁动势。这两个磁动势有(yǒu)时是相加的,有(yǒu)时是相减的,视控制绕组中的電(diàn)流方向而定。这种步进電(diàn)机的特点是混入了永,久磁钢的磁动势,故称為(wèi)混合式步进電(diàn)机。
2)两相混合式步进電(diàn)机的工作原理(lǐ)
转子永久磁铁的一端(如图1-11中1一1端)為(wèi)S极,则转子铁芯整个圆周上都呈极性,如图1-13 (a)所示。转子永久磁铁的另一端(如图1-11中1一|端)為(wèi)N极,则转子铁芯整个圆周上都呈N极性,如图1-13 (b)所示。当定子A相通電(diàn)时,定子1. 3、5、7极上的极性為(wèi)N、S、N、s. 这时转子的稳定平衡位置就是图1-13所示的位置,即定子磁极1和5上的齿与1一1端上的转子齿对齐,而定子磁极1'和5'上的齿与一I端上的转子槽对齐:定子磁极3和7上的齿与I- 1端上的转子槽对齐,而定子磁极3'和7'上的齿与1I一I端上的转子齿对齐。此时,B相4个磁极(2、4、6、8极)上的齿与转子齿都错开1/4齿距。
这种步进電(diàn)机也可(kě)以做成较小(xiǎo)的步距角,因而也有(yǒu)较高的启动和运行频率:消耗的功率也较小(xiǎo):并具有(yǒu)定位转矩,兼有(yǒu)反应式和永磁式步进電(diàn)机两者的优点。但是它需要有(yǒu)正、负電(diàn)脉冲供電(diàn),并且制造工艺比较复杂。
(3)两相混合式步进電(diàn)机常用(yòng)的通電(diàn)方式
①单四拍通電(diàn)方式。每次只有(yǒu)一相控制绕组通電(diàn),四拍构成- 个循环,两相控制绕组按A-B- (-A)一(-B) +A的次序轮流通電(diàn)。每拍转子转动1/4转子齿距,每转的步数為(wèi)4Zr.
②双四拍通電(diàn)方式。每次有(yǒu)两相控制绕组同时通電(diàn),四拍构成一个循环, 两相控制绕组按AB-B(-A)- (-A) (-B)一(-B) A-AB的次序轮流通電(diàn)。和单四拍相同,每拍转子转动1/4转子齿距,每转的步数為(wèi)4Zr.但两者的空间定位不重合。
③单、双八拍通電(diàn)方式。前面两种通電(diàn)方式的循环拍数都等于四,称為(wèi)满步通電(diàn)方式。若通電(diàn)循环拍数為(wèi)八,称為(wèi)半步通電(diàn)方式,即按A-AB- B -B(-A)- (-A)-(-A)(-B)一(-B)- (-B) A-A的次序轮流通電(diàn),每拍转子转动1/8转子齿距,每转的
④细分(fēn)通電(diàn)方式。若调整两相绕组中電(diàn)流分(fēn)配的比例和方向,使相应的合成转矩在空间可(kě)处于任意位置上,则循环拍数可(kě)為(wèi)任意值,称為(wèi)细分(fēn)通電(diàn)方式。实质上就是把步距角减小(xiǎo),如前面八拍通電(diàn)方式已经将单四拍或双四拍细分(fēn)了一半。采用(yòng)细分(fēn)通電(diàn)方式可(kě)使步进電(diàn)机的运行更平稳,定位分(fēn)辨率更高,负载能(néng)力也有(yǒu)所增加,并且步进電(diàn)机可(kě)做低速同步运行。
(1) 两相混合式步进電(diàn)机的结构
图1-11為(wèi)混合式步进電(diàn)机的轴向剖视图。它的定子铁芯与单段反应式步进電(diàn)机基本相同,即沿着圆周有(yǒu)若干凸出的磁极,每个磁极的极面上有(yǒu)小(xiǎo)齿,机身上有(yǒu)控制绕组:定子控制绕组与永磁式步进電(diàn)机基本相同,也是两相集中绕组,每相為(wèi)两对极,控制绕组的接線(xiàn)如图1-12所示。
转子中间為(wèi)轴向磁化的环形永久磁铁,磁铁两端各套有(yǒu)一段转子铁芯, 转子铁芯由整块钢加工或用(yòng)硅钢片叠成,两段转子铁芯上沿外圆周开有(yǒu)小(xiǎo)齿,其齿距与定子小(xiǎo)齿齿距相同,两端的转子铁芯上的小(xiǎo)齿彼此错过1/2齿距,如图1-13所示。定、转子齿数的配合与单段反应式步进電(diàn)机相同。
图1-13 (a) 所示的S极铁芯段截面图即為(wèi)图1-11 中的I一I截面:图1-13 (b)所示的N极铁芯段截面图即為(wèi)图1-11中的11一II截面。在图1-13 (a)所示的S极铁芯段截面图中,当磁极1下是齿对齿时,磁极5下也是齿对齿,气院磁阻最小(xiǎo):磁极3和磁极7下是齿对槽,气隙磁阻最大。
此时,在图1-13 (b)所示的N极铁芯段截面图中,磁极1'和磁极5下, 正好是齿对槽,磁极3’和磁极7'下,正好是齿对齿。可(kě)见,两端的转子铁芯上的小(xiǎo)齿彼此错过1/2齿距。
混合式步进電(diàn)机作用(yòng)在气隙上的磁动势有(yǒu)两个。一个是由永久磁钢产生的磁动势:另一个是由控制绕组電(diàn)流产生的磁动势。这两个磁动势有(yǒu)时是相加的,有(yǒu)时是相减的,视控制绕组中的電(diàn)流方向而定。这种步进電(diàn)机的特点是混入了永,久磁钢的磁动势,故称為(wèi)混合式步进電(diàn)机。
2)两相混合式步进電(diàn)机的工作原理(lǐ)
转子永久磁铁的一端(如图1-11中1一1端)為(wèi)S极,则转子铁芯整个圆周上都呈极性,如图1-13 (a)所示。转子永久磁铁的另一端(如图1-11中1一|端)為(wèi)N极,则转子铁芯整个圆周上都呈N极性,如图1-13 (b)所示。当定子A相通電(diàn)时,定子1. 3、5、7极上的极性為(wèi)N、S、N、s. 这时转子的稳定平衡位置就是图1-13所示的位置,即定子磁极1和5上的齿与1一1端上的转子齿对齐,而定子磁极1'和5'上的齿与一I端上的转子槽对齐:定子磁极3和7上的齿与I- 1端上的转子槽对齐,而定子磁极3'和7'上的齿与1I一I端上的转子齿对齐。此时,B相4个磁极(2、4、6、8极)上的齿与转子齿都错开1/4齿距。
由于定子同一个极的两端极性相同,转子两端极性相反,但错开半个齿距,所以当转子偏离平衡位置时,两端作用(yòng)转矩的方向是一致的。在同一端,定子第- 个极与第三个极的极性相反,转子同一端极性相同,但第一个极和第三个极下定、转子小(xiǎo)齿的相对位置错开了半个齿距,所以作用(yòng)转矩的方向也是致的。 当定子各相绕组按顺序通以正、 负電(diàn)脉冲时,转子每次转过一个步距角θ,其值為(wèi)
θ=360°/2mZ
式中,m為(wèi)相数; Z,為(wèi)转子齿数。这种步进電(diàn)机也可(kě)以做成较小(xiǎo)的步距角,因而也有(yǒu)较高的启动和运行频率:消耗的功率也较小(xiǎo):并具有(yǒu)定位转矩,兼有(yǒu)反应式和永磁式步进電(diàn)机两者的优点。但是它需要有(yǒu)正、负電(diàn)脉冲供電(diàn),并且制造工艺比较复杂。
(3)两相混合式步进電(diàn)机常用(yòng)的通電(diàn)方式
①单四拍通電(diàn)方式。每次只有(yǒu)一相控制绕组通電(diàn),四拍构成- 个循环,两相控制绕组按A-B- (-A)一(-B) +A的次序轮流通電(diàn)。每拍转子转动1/4转子齿距,每转的步数為(wèi)4Zr.
②双四拍通電(diàn)方式。每次有(yǒu)两相控制绕组同时通電(diàn),四拍构成一个循环, 两相控制绕组按AB-B(-A)- (-A) (-B)一(-B) A-AB的次序轮流通電(diàn)。和单四拍相同,每拍转子转动1/4转子齿距,每转的步数為(wèi)4Zr.但两者的空间定位不重合。
③单、双八拍通電(diàn)方式。前面两种通電(diàn)方式的循环拍数都等于四,称為(wèi)满步通電(diàn)方式。若通電(diàn)循环拍数為(wèi)八,称為(wèi)半步通電(diàn)方式,即按A-AB- B -B(-A)- (-A)-(-A)(-B)一(-B)- (-B) A-A的次序轮流通電(diàn),每拍转子转动1/8转子齿距,每转的
④细分(fēn)通電(diàn)方式。若调整两相绕组中電(diàn)流分(fēn)配的比例和方向,使相应的合成转矩在空间可(kě)处于任意位置上,则循环拍数可(kě)為(wèi)任意值,称為(wèi)细分(fēn)通電(diàn)方式。实质上就是把步距角减小(xiǎo),如前面八拍通電(diàn)方式已经将单四拍或双四拍细分(fēn)了一半。采用(yòng)细分(fēn)通電(diàn)方式可(kě)使步进電(diàn)机的运行更平稳,定位分(fēn)辨率更高,负载能(néng)力也有(yǒu)所增加,并且步进電(diàn)机可(kě)做低速同步运行。
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