步进电机伺服电机.docx

7.3.1认知步进电机及驱动器
1、步进电动机简介
步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊执行电动机。每输入一个电脉冲信号，电机就转动一个角度，它的运动形式是步进式的，所以称为步进电动机。
（1）步进电动机的工作原理
下面以一台最简单的三相反应式步进电动机为例，简介步进电机的工作原理。
图7-10是一台三相反应式步进电动机的原理图。定子铁心为凸极式，共有三对（六个）磁极，每两个空间相对的磁极上绕有一相控制绕组。转子用软磁性材料中制成,也是凸极结构，只有四个齿，齿宽等于定子的极宽。

图7-10三相反应式步进电动机的原理图
当A相控制绕组通电，其余两相均不通电，电机内建立以定子A相极为轴线的磁场。由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，使转子齿1、3的轴线与定子A相极轴线对齐，如图7-10（a）所示。若A相控制绕组断电、B相控制绕组通电时，转子在反应转矩的作用下，逆时针转过30°，使转子齿2、4的轴线与定子B相极轴线对齐，即转子走了一步，如图7-10（b）所示。若在断开B相，使C相控制绕组通电，转子逆时针方向又转过30°，使转子齿1、3的轴线与定子C相极轴线对齐，如图7-10（c）所示。如此按A—B—C—A的顺序轮流通电，转子就会一步一步地按逆时针方向转动。其转速取决于各相控制绕组通电与断电的频率，旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。若按A—C—B—A的顺序通电，则电动机按顺时针方向转动。
上述通电方式称为三相单三拍。“三相”是指三相步进电动机；“单三拍”是指每次只有一相控制绕组通电；控制绕组每改变一次通电状态称为一拍，“三拍”是指改变三次通电状态为一个循环。把每一拍转子转过的角度称为步距角。三相单三拍运行时，步距角为30°。显然，这个角度太大，不能付诸实用。
如果把控制绕组的通电方式改为A→AB→B→BC→C→CA→A，即一相通电接着二相通电间隔地轮流进行，完成一个循环需要经过六次改变通电状态，称为三相单、双六拍通电方式。当A、B两相绕组同时通电时，转子齿的位置应同时考虑到两对定子极的作用，只有A相极和B相极对转子齿所产生的磁拉力相平衡的中间位置，才是转子的平衡位置。这样，单、双六拍通电方式下转子平衡位置增加了一倍，步距角为15°。
进一步减少步距角的措施是采用定子磁极带有小齿，转子齿数很多的结构，分析表明，这样结构的步进电动机，其步距角可以做得很小。一般地说，实际的步进电机产品，都采用这种方法实现步距角的细分。例如输送单元所选用的Kinco三相步进电机3S57Q-04056，它的步距角是在整步方式下为1.8°，半步方式下为0.9°。
除了步距角外，步进电机还有例如保持转矩、阻尼转矩等技术参数，这些参数的物理意义请参阅有关步进电机的专门资料。3S57Q-04056部分技术参数如表7-1所示。
表7-13S57Q-04056部分技术参数
参数名称步距角相电流（A）保持扭矩阻尼扭矩电机惯量参数值1.8°5.8A1.0Nm0.04Nm
（2）步进电机的使用，一是要注意正确的安装，二是正确的接线。
安装步进电机，必须严格按照产品说明的要求进行。步进电机是一精密装置，安装时注意不要敲打它的轴端，更千万不要拆卸电机。
不同的步进电机的接线有所不同，3S57Q-04056接线图如图7-11所示，三个相绕组的六根引出线，必须按头尾相连的原则连接成三角形。改变绕组的通电顺序就能改变步进电机的转动方向。

图7-113S57Q-04056的接线
2、步进电动机的驱动装置
步进电动机需要专门的驱动装置（驱动器）供电，驱动器和步进电动机是一个有机的整体，步进电动机的运行性能是电动机及其驱动器二者配合所反映的综合效果。
图7-12Kinco3M458外观
一般来说，每一台步进电机大都有其对应的驱动器，例如，Kinco三相步进电机3S57Q-04056与之配套的驱动器是Kinco3M458三相步进电机驱动器。图7-12和图7-13分别是它的外观图和典型接线图。图中，驱动器可采用直流24V～40V电源供电。YL-335B中，该电源由输送单元专用的开关稳压电源（DC24V8A）供给。输出电流和输入信号规格为：
①输出相电流为3.0A～5.8A，输出相电流通过拨动开关设定；驱动器采用自然风冷的冷却方式；
②控制信号输入电流为6～20mA，控制信号的输入电路采用光耦隔离。输送单元PLC输出公共端Vcc使用的是DC24V电压，所使用的限流电阻R1为2KΩ。

图7-13Kinco3M458的典型接线图
由图可见，步进电机驱动器的功能是接收来自控制器（PLC）的一定数量和频率脉冲信号以及电机旋转方向的信号，为步进电动机输出三相功率脉冲信号。
步进电机驱动器的组成包括脉冲分配器和脉冲放大器两部分，主要解决向步进电机的各相绕组分配输出脉冲和功率放