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步進電機分類及優缺點




    步進電機在結構形式上有三種主要類型: 反應式步進電機(Variable ReluctanceVR)、永磁式步進電機(Permanent Magnet,PM)和混合式步進電機(Hybrid Stepping,HS)。步進電機的運行性能與控制方式有密切的關系,步進電機控制系統從其控制方式來看,可以分為以下三類:開環控制系統、閉環控制系統、半閉環控制系統。半閉環控制系統在實際應用中一般歸類于開環或閉環系統中。


 

反應式:反應式步進電機的定子上有繞組、轉子由軟磁材料組成。結構簡單、成本低、步距角小,可達1.2°、但動態性能差、效率低、發熱大,可靠性難保證。

 

永磁式:永磁式步進電機的轉子用永磁材料制成,轉子的極數與定子的極數相同。其特點是動態性能好、輸出力矩大,但這種電機精度差,步矩角大(一般為7.5°或15°)。

 

混合式:混合式步進電機綜合了反應式和永磁式的優點,其定子上有多相繞組、轉子上采用永磁材料,轉子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態性能好,步距角小,但結構復雜、成本相對較高。

 

按定子上繞組來分,共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進電機,約占97%以上的市場份額,其原因是性價比高,配上細分驅動器后效果良好。該種電機的基本步距角為1.8°/步,配上半步驅動器后,步距角減少為0.9°,配上細分驅動器后其步距角可細分達256倍(0.007°/微步)。由于摩擦力和制造精度等原因,實際控制精度略低。同一步進電機可配不同細分的驅動器以改變精度和效果。

 

步進電機的優點

1、優秀的起停和反轉響應;

2、電機旋轉的角度正比于脈沖數;

3、由于速度正比于脈沖頻率,因而有比較寬的轉速范圍;

4、電機停轉的時候具有最大的轉矩(當繞組激磁時);

5、由于每步的精度在百分之三到百分之五,而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復性;

6、電機的響應僅由數字輸入脈沖確定,因而可以采用開環控制,這使得電機的結構可以比較簡單而且控制成本;

7、僅僅將負載直接連接到電機的轉軸上也可以極低速的同步旋轉;

8、由于沒有電刷,可靠性較高,因此電機的壽命僅僅取決于軸承的壽命。

 

步進電機的缺點

1、難以運轉到較高的轉速;

2、難以獲得較大的轉矩;

3、如果控制不當容易產生共振;

4、超過負載時容易丟步,高速工作時會發出振動和噪聲;

5、在體積重量方面沒有優勢,能源利用率低。

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