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步进电机分类及优缺点




    步进电机在结构形式上有三种主要类型: 反应式步进电机(Variable Reluctance,VR)、永磁式步进电机(Permanent Magnet,PM)和混合式步进电机(Hybrid Stepping,HS)。步进电机的运行性能与控制方式有密切的关系,步进电机控制系统从其控制方式来看,可以分为以下三类:开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。半闭环控制系统在实际应用中一般归类于开环或闭环系统中。


 

反应式:反应式步进电机的定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小,可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大,可靠性难保证。

 

永磁式:永磁式步进电机的转子用永磁材料制成,转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大,但这种电机精度差,步矩角大(一般为7.5°或15°)。

 

混合式:混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点,其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料,转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好,步距角小,但结构复杂、成本相对较高。

 

按定子上绕组来分,共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机,约占97%以上的市场份额,其原因是性价比高,配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步,配上半步驱动器后,步距角减少为0。9°,配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍(0.007°/微步)。由于摩擦力和制造精度等原因,实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。

 

步进电机的优点

1、优秀的起停和反转响应;

2、电机旋转的角度正比于脉冲数;

3、由于速度正比于脉冲频率,因而有比较宽的转速范围;

4、电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时);

5、由于每步的精度在百分之三到百分之五,而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性;

6、电机的响应仅由数字输入脉冲确定,因而可以采用开环控制,这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本;

7、仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转;

8、由于没有电刷,可靠性较高,因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命。

 

步进电机的缺点

1、难以运转到较高的转速;

2、难以获得较大的转矩;

3、如果控制不当容易产生共振;

4、超过负载时容易丢步,高速工作时会发出振动和噪声;

5、在体积重量方面没有优势,能源利用率低。

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