步进电机设计说明书.docx

步进电机设计说明书 一 步进电机介绍1. 什么是步进电机步进电动机将输入的脉冲电信号变换为阶跃的角位移或直线位移。给一个脉冲信号，电动机前进一步，因此称为步进电动机。 步进电动机的运动由一系列电脉冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生的脉冲信号还需要进行功率放大。2. 步进电机特点电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。因此，步进电动机具有以下优点：（1）控制特性好；（2）误差不长期积累；（3）步距值不受各种干扰因素的影响。3. 步进电机主要特性 步距角 指每给一个脉冲信号，电机转子应转过角度的理论值，它是步进电机的重要指标。它取决于电机结构和控制方式。步距角可按下式计算： =360/mzk式中，m为定子相数； z为转子齿数；k为通电系数，若连续两次通电相数相同为1，若不同则为2。 矩角特性、最大静态转矩Mjmax和启动转矩Mq 如果在电机轴上施加一个负载转矩M，转子会在载荷方向上转过一个角度，转子因而受到一个电磁转矩Mj的作用与负载平衡，该电磁转矩Mj称为静态转矩，该角度称为失调角。步进电机单相通电的静态转矩Mj随失调角的变化曲线称为矩角特性，如下图所示 启动频率fq和启动时的惯频特性启动频率或突跳频率fq：步进电机由静止突然启动、并进入不丢步的正常运行状态所允许的最高频率，是反映步进电机快速性能的重要指标。空载启动时，定子绕组通电状态变化的频率不能高于启动频率。启动时的惯频特性：电机带动纯惯性负载时启动频率和负载转动惯量之间的关系。一般来说，随着负载惯量的增加，启动频率会下降。如果除了惯性负载外还有转矩负载，则启动频率将进一步下降。 运行矩频特性定义：步进电机启动后，其运行速度能跟踪指令脉冲频率连续上升而不丢步的最高工作频率，其值远大于启动频率。 运行矩频特性是描述步进电机在连续运行时，输出转矩与连续运行频率之间的关系，它是衡量步进电机运转时承载能力的动态指标，如图所示。 运行矩频特性是描述步进电机在连续运行时，输出转矩与连续运行频率之间的关系，它是衡量步进电机运转时承载能力的动态指标，如图所示。 4. 步进电机的应用步进电机在机械、电子、纺织、轻工、化工、石油、邮电、冶金、文教和卫生等行业，特别是在数控机床上获得了越来越广泛的应用。二 步进电机基本结构定子铁心：为凸极结构，由硅钢片迭压而成。在面向气隙的定子铁心表面有齿距相等的小齿。 定子绕组：定子每极上套有一个集中绕组，相对两极的绕组串联构成一相。步进电动机可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。 转子：上只有齿槽没有绕组，系统工作要求不同，转子齿数也不同。定转子齿形相同。 三 步进电机分类按作用原理分，步进电机有磁阻式(反应式)、感应子式和永磁式三大类。反应式步进电机转子无绕组，定子，转子开小齿定子绕组励磁后产生反应力矩，使转子转动。感应子式步进电机分为励磁式和永磁式两种。感应子式步进电机的结构与磁阻式步进电机的结构相似。其定子转子铁心的磁场和齿槽均一样，两者的差别是感应子式步进电机存在轴向存在恒定磁场。励磁感应子式步进电机是靠转子上的励磁绕组产生轴向磁场。永磁感应子式步进电机的转子由一段环形磁钢(在转子中部)和二段铁心(在环形磁钢的两端)，轴向充磁，建立轴向磁场。永磁式步进电机转子和定子的某一方具有永久磁钢，另一方由软磁材料制成。绕组轮流通电，建立的磁场与永久磁钢的恒定磁场相互作用产生转矩。按输出功率和使用场合分类，分为功率步进电机和控制步进电机。按结构分类，分为径向式(单段式)、轴向式(多段式)和印刷绕组式步进电机。按相数分类，分为三相、四相、五相、六相等。四 步进电机设计1. 选择步进电机类型相数：三相结构：径向式（单段式）作用原理：励磁感应子式2. 步进电机尺寸设计此步进电机外形大概尺寸为：3. 步进电机各零件设计主要零件如图所示：其中：轴的伸出轴径为9mm， 轴承为16001。波纹垫圈的作用为轴承施加预应力,减少轴承运转的噪音,提高轴承的运转精度与平稳性定子铁芯有个均匀分布的磁极，级与级之间的夹角为60 ，每个级上均布5个齿，转子上均布40个齿。当A相通电时，转子有5个齿与之对齐，B相与转子相对的齿就错开3 。4. 三相感应子式步进电机工作原理介绍按通电的控制方式分，有： 单节拍方式： ABCA 双三拍方式：ABBCCAAB 三相六拍方式：AABBBCCCAA