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续转动。如果通电顺序变为A西门子AC西门子C西门子CB西门子B西门子BA西门子A时,步进电机将按顺时针方向转动。持续通电,例如由A、B两相通电变为B、C两相通电时,B相始终保持持续通电状态,C相磁拉力试图使转子逆时针方向转动,而B相磁拉力却起阻止转子继续向前转动的作用,即起到了一定的电阻尼作用,所以步进电机工作比较平稳。而在三相单三拍运行时,由于没有这种阻尼作用,所以转子达到新的平衡位置容易产生振荡,稳定性不如三相双三拍运行方式。
③三相单、双六拍通电方式。反应式步进电机,采用三相单、双六拍通电方式运行的工作原理其控制绕组按A西门子AB西门子B西门子BC西门子C西门子CA西门子A顺序通电,或按A西门子AC西门子C西门子CB西门子B西门子BA西门子A顺序通电,也就是说,先A相控制绕组通电;以后再A、B相控制绕组同时通电;然后断开A相控制绕组,由B相控制绕组单独接通;再同时使B、C相控制绕组同时通电,依此进行。其特点是三相控制绕组需经6次切换才能完成一个循环,故称为“六拍”,而且通电时,有时是单个绕组接通,有时又为两个绕组同时接通,因此称为“单、双六拍”。
反应式步进电机采用三相单、双六拍通电方式运行时,步距角也有所不同。当A相控制绕组通电时,与三相单三拍运行的情况相同,转子齿1、3和定子极A、A'轴线对齐,当A、B相控制绕组同时通电时,转子齿2、4在定子极B、B'的吸引下是转子沿逆时针方向转动,直至转子齿1、3和定子极A、A'之间的作用力与转子齿2、4和定子极B、B'之间的作用力相平衡为止,当断开A相控制绕组,而由B相控制绕组通电时,转子将继续沿逆时针方向转过一个角度,使转子齿2、4和定子极B、B'对
其控制绕组按AB西门子BC西门子CA西门子AB顺序通电,或按AB西门子CA西门子BC西门子AB顺序通电,即每拍同时有两相绕组同时通电,三拍为一个循环。当A、B两相控制绕组通电时,转子齿的位置应同时考虑到两对定子极的作用,只有当A相极和B相极对转子齿所产生的磁拉力相平衡时,才是转子的平衡位置,若下一拍为B、C两相同时通电时,则转子按逆时针方向转过30°。到达新的平衡位置,
所以在磁力的作用下,将使转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐,同样道理,当A相断电、B相通电时,转子便按逆时针方向转过30°角度,使转子齿2和4的轴线与定子B极轴线对齐,如再使B相断电、C相通电时,则转子又将在空间转过30°,使转子齿1和3的轴线与定子C极轴线对齐,如此循环往复,并按A西门子B西门子C西门子A的顺序通电,步进电机便按一定的方向一步一步地连续转动。步进电机的转速直接取决于控制绕组与电源接通或断开的变化频率。若按A西门子C西门子B西门子A的顺序通电,则步进电机将反向转动。
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步进电机的定子控制绕组每改变一次通电方式,称为一拍。此时步进电机转子所转过的空间角度称为步距角θs。上述通电方式,称为三相单三拍运行。“三相”即三相步进电机,具有三相定子绕组;“单”是指每次通电时,只有一相控制绕组通电;“三拍”是指经过三次切换控制绕组的通电状态为一个循环,第四次换接重复次的情况。很显然,在这种通电方式时,三相反应式步进电机的步距角θs应为30°。
三相单三拍运行时,步进电机的控制绕组在断电、通电的间断期间,转子磁极因“失磁”而不能保持自行“锁定”的平衡位置,即失去了“自锁”能力,易出现失步现象;另外,由一相控制绕组断电至另一相控制绕组通电,转子则经历启动加速、减速至新的平衡位置的过程,转子在达到新的平衡位置时,会由于惯性而在平衡点附近产生振荡现象,故运行的稳定性差。因此,常采用双三拍或单、双六拍的控制方式。
②三相双三拍通电方式。反应式步进电机采用三相双三拍通电方式运行,其工作原理反应式步进电机的工作原理
所示为一台简单的三相反应式步进电机的工作原理图。它的定子上有6个极,每个极上都装有控制绕组,每两个相对的极组成一相。转子是4个均匀分布的齿,上面没有绕组。反应式步进电机是利用凸极转子交轴磁阻与直轴磁阻之差所产生的反应转矩(或磁阻转矩)而转动的,所以也称为磁阻式步进电机。
下面分别介绍不同通电方式时,反应式步进电机的工作原理。其缺点是,当电机的直径较小,而相数又较多时,沿径向分相较为困难。另外这种电机消耗的功率 这种步进电机的定子空间利用率较好,环形控制绕组绕制方便。转子的转动惯量低、步距角也可以做得较小,启动和运行频率较高。但是在制造时,铁芯分段和错位工艺较复杂,精度不易保证。个相对的极组成一相。转子是4个均匀分布的齿,上面没有绕组。反应式步进电机是利用凸极转子交轴磁阻与直轴磁阻之差所产生的反应转矩(或磁阻转矩)而转动的,所以也称为磁阻式步进电机。下面分别介绍不同通电方式反应式步进电机的工作原理
所示为一台简单的三相反应式步进电机的工作原理图。它的定子上有6个极,每个极上都装有控制绕组,每两时,反应式步进电机的工作原理。
b.径向磁路多段式步进电机的结构定、转子铁芯沿电机轴向按相数m分段,每段定子铁芯的磁极上均放置同一相控制绕组。定子铁芯(或转子铁芯)每相邻两段错开1/m齿距,对每一段铁芯来说,定、转子上的磁极分布情况相同。也可以在一段铁芯上放置两相或三相控制绕组,相当于单段式电机的组合。定子铁芯(或转子铁芯)每相邻两段则应错开相应的齿距。较大,断电时无定位转矩。
②多段式。又称为轴向分相式。按其磁路的特点不同,又可分为轴向磁路多段式和径向磁路多段式两种。
轴向磁路多段式步进电机的结构定、转子铁芯沿电机轴向按相数m分段,每一组定子铁芯中放置一环形的控制绕组。定、转子圆周上冲有形状相似、数量相同的小齿。定子铁芯(或转子铁芯)每相邻段错开1/m齿距。进电机的基本结构
反应式步进电机是利用反应转矩(磁阻转矩)使转子转动的。因结构不同,又可分为单段式和多段式两种。
①单段式。又称为径向分相式。它是目前步进电机中使用得多的一种结构形式,一般在定子上嵌有几组控制绕组,每组绕组为一相,但至少要有三相以上,否则不能形成启动力矩。定子的磁极数通常为相数m的2倍,每个磁极上都装有控制绕组,绕组形式为集中绕组,在定子磁极的极弧上开有小齿。转子由软磁材料制成,转子沿圆周上也有均匀分布的小齿,它与定子极弧上的小齿有相同的分度数,即称为齿距,且齿形相似。定子磁极的中心线即齿的中心线或槽的中心线。丢步的情况下运行,其步距误差不会长期积累,即每一步虽然有误差,但转过一周时,累积误差为零。这些特点使它完全适用于数字控制的开环系统中作为伺服元件,并使整个系统大为简化,而又运行可靠。当采用了速度和位置检测装置后,它也可以用于闭环系统中。