运动控制系统安装与调试（第2版）课件 4.2.1 步进电机的基本概念 b2

运动控制系统安装与调试高等教育出版社主讲：南工机电教学团队步进电机运动控制系统的调试四4.2.1步进电机的基本概念步进电动机应用随着控制要求与技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机使用在很多设备上，如数控机床、医疗设备、纺织印刷、雕刻机、激光打标机、激光内雕机、电子设备、剥线机、包装机械、广告设备、贴标机、恒速应用、机器人、3D打印机等等。4.2.1步进电机的基本概念1.步进电动机的定义步进电动机是一种将电脉冲信号转换为相应角位移或直线位移的转换装置，是一种专门用于速度和位置精确控制的特种电动机，是开环伺服系统的最后执行元件。每输入一个脉冲，电动机轴就转过一个固定的角度（称为步距角），即常说的走了一步。如果连续不断地输入脉冲信号，电动机轴则一步一步地连续进行角位移，步进电动机也就旋转起来了。当终止脉冲信号的输入，电动机将立刻无惯性地停止运动；如果此时电动机的工作电源尚未断开，电动机轴则处于不能自由旋转的锁定（定位）状态。所以，步进电动机在工作时有运转和定位两种基本运行状态。步进电机的分类

具体类型按力矩产生的原理反应式：转子无绕组，由被励磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运行励磁式：定、转子均有励磁绕组（或转子用永磁钢，即“永磁式”），由电磁力矩实现步进运行混合式：综合了反应式和永磁式的优点，定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料（性能全面，但结构复杂，成本高）按输出力矩的大小伺服式：输出力矩小，只能驱动较小的负载，要与液压转矩放大器配合使用，才能驱动机床工作台等较大的负载功率式：输出力矩在5~5N.m以上，可以直接驱动机床工作台等较大负载按定子数单定子、双定子、三定子、多定子按各相绕组分布径向分布式：电动机各相按圆周依次排列轴向分布式：电动机各相按轴向依次排列4.2.1步进电机的基本概念步进电机的特点4.2.1步进电机的基本概念①过载性好。非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，其转速不受负载大小的影响不像普通电机，当负载加大时（非超载）就会出现速度下降的情况。②精度高。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而准确定位。一般步进电机的精度为步距角的3-5%，且不累积。步进电机的特点4.2.1步进电机的基本概念③控制方便。数字特征比较明显，可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。④整机结构简单。传统的速度和位置需要精确控制的机械装置的结构一般都比较复杂，调整困难，使用步进电动机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。⑤步进电机的力矩会随转速的升高而下降。⑥步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点。4.2.1步进电机的基本概念4.步进电动机的发展①第一台电磁式（磁阻式、反应式）步进电机于1882年由法国科学家发明。20世纪初，电磁式步进电机得到了进一步的发展和改进，例如增加线圈数目、改善磁路结构等，使其性能和精度有了显著提升。②励磁式（磁滞式）步进电机是20世纪40年代出现的一种新型步进电机。励磁式步进电机的出现使步进电机在工业自动化领域得到了更广泛的应用。步进电动机采用永磁转子结构，使定子脉冲电流产生的磁场和转子永磁磁场相互作用而产生旋转转矩，带动负载运行。磁阻式步进电动机的相数不得少于三相，而永磁和混合式步进电动机应用最多的则是两相。利用磁通寻找最小路径4.2.1步进电机的基本概念③混合式步进电机是20世纪60年代出现的一种新型步进电机。它结合了电磁式步进电机和励磁式步进电机的优点，混合式步进电机的出现推动了步进电机在精密仪器、医疗设备、数控机床等领域的广泛应用。④直线步进电机是21世纪初出现的一种新型步进电机。与传统的旋转步进电机不同，直线步进电机的转子是直线运动的，可用于实现直线定位和运动控制。直线步进电机具有高精度、高速度和高加速度等优点，广泛应用于机器人、印刷设备、光刻机等领域。4.2.1步进电机的基本概念③混合式步进电机是20世纪60年代出现的一种新型步进电机。它结合了电磁式步进电机和励磁式步进电机的优点，混合式步进电机的出现推动了步进电机在精密仪器、医疗设备、数控机床等领域的广泛应用。④直线步进电机是21世纪初出现