ABB電機工作原理，ABB電機

ABB電機工作原理，ABB電機、39529829、39529839
ABB電機是種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗點講：當步進驅動器接收到個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動個固定的角度（及步進角）。
ABB電機分類：
永磁式步進般為兩相，轉矩和體積較小，步進角般為7.5度 或15度； 　　步進電機分三種：永磁式（PM） ，反應式（VR）和混合式（HB） 　　反應式步進般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發達80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相和五相：兩相步進角般為1.8度而五相步進角般為 0.72度。這種步進電機的應用。步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加個脈沖信號，電機則轉過個步距角。這線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制域用步進電機來控制變的非常的簡單。 　　雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多知識。ABB電機工作原理，ABB電機、39529829、39529839
目前,步進電機的的確不少，但具有技術人員，能夠自行開發，研制的卻非常少，大部分的只、二十人，連zui基本的設備都沒有。僅僅處于種盲目的仿制階段。這就給用戶在產品選型、使用中造成許多麻煩。簽于上述情況，我們決定以廣泛的感應子式步進電機為例。敘述其基本工作原理。望能對廣大用戶在選型、使用、及整機改進時有所幫助。
由于反應式步進電機工作原理比較簡單。下面敘述三相反應式步進電機原理。 　　1、結構： 　　電機轉子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。 　　0、1/3て、2/3て,（相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3て，C與齒3向右錯開2/3て，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1）下面是定轉子的展開圖： 　　2、旋轉： 　　如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉子不受任何力以下均同）。 　　如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉子向右移過1/3て，此時齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て-1/3て）=2/3て。 　ABB電機工作原理，ABB電機、39529829、39529839
　如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3て，此時齒4與A偏移為1/3て對齊。 　　如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過1/3て 　　這樣經過A、B、C、A分別通電狀態，齒4（即齒1前齒）移到A相，電機轉子向右轉過個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉。如按A，C，B，A……通電，電機就反轉。 　　由此可見：電機的位置和速度由導電次數（脈沖數）和頻率成對應關系。而方向由導電順序決定。 　　不過，出于對力矩、平穩、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A這種導電狀態，這樣將原來每步1/3て改變為1/6て。甚于通過二相電流不同的組合，使其1/3て變為1/12て，1/24て，這就是電機細分驅動的基本理論依據。 　　不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/m,2/m……（m-1）/m,1。并且導電按定的相序電機就能正反轉被控制——這是步進電機旋轉的物理條件。只要符合這條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上般以二、三、四、五相為多。 　　3、力矩： 　　電機旦通電，在定轉子間將產生磁場（磁通量Ф）當轉子與定子錯開定角度產生力 　　F與（dФ/dθ）成正比 　　S 　　其磁通量Ф=Br*S 　　Br為磁密，S為導磁面積 　　F與L*D*Br成正比 　　L為鐵芯長度，D為轉子直徑 　　Br=N·I/R 　　N·I為勵磁繞阻安匝數（電流乘匝數）R為磁阻。 　　力矩=力*半徑 　　力矩與電機體積*安匝數*磁密 成正比（只考慮線性狀態） 　　因此，電機體積越大，勵磁安匝數越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。
感應子式步進電機、39529829、39529839
特點： 　　感應子式步進電機與傳統的反應式步進電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩、噪音低、低頻振動小。 　　感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。個四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行。（必須采用雙極電壓驅動），而反應式電機則不能如此。例如：四相，八相運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）*可以采用二相八拍運行方式.不難發現其條件為C=,D=. 　　個二相電機的內部繞組與四相電機*致，小功率電機般直接接為二相，而功率大點的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動態特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯或并聯使用。 　　2、分類 　　感應子式步進電機以相數可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電機外徑）可分為：42BYG（BYG為感應子式步進電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（標準），而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國內標準。 　　3、步進電機的靜態指標術語 　　相數：產生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數。常用m表示。 　　拍數：完成個磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀態用n表示，或指電機轉過個齒距角所需脈沖數，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 　　步距角：對應個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用θ表示。θ=360度（轉子齒數J*運行拍數），以常規二、四相，轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 　　定位轉矩：電機在不通電狀態下，電機轉子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的） 　　靜轉矩：電機在額定靜態電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。 　　雖然靜轉矩與電磁激磁安匝數成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發熱及機械噪音。 　　4、步進電機動態指標及術語： 　　、39529829、39529839
1、步距角精度： 　　步進電機每轉過個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數其值不同，四拍運行時應在5%之內，八拍運行時應在15%以內。 　　2、失步： 　　電機運轉時運轉的步數，不等于理論上的步數。稱之為失步。 　　3、失調角： 　　轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，采用細分驅動是不能解決的。 　　4、zui大空載起動頻率： 　　電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的zui大頻率。 　　5、zui大空載的運行頻率： 　　電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的zui高轉速頻率。 　　6、運行矩頻特性： 　　電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態曲線中zui重要的，也是電機選擇的根本依據。如下圖所示： 　　其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。 　　電機旦選定，電機的靜力矩確定，而動態力矩卻不然，電機的動態力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。 　　其中，曲線3電流zui大、或電壓zui高;曲線1電流zui小、或電壓zui低，曲線與負載的交點為負載的zui大速度點。 　　要使平均電流大，盡可能提高驅動電壓，使采用小電感大電流的電機。 　　7、電機的共振點： 　　步進電機均有固定的共振區域，二、四相感應子式步進電機的共振區般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機驅動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統的噪音降低，般工作點均應偏移共振區較多。 　、39529829、39529839
　8、電機正反轉控制： 　　當電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA或（）時為正轉，通電時序為DA-CA-BC-AB或（）時為反轉。
使用、控制步進電機必須由環形脈沖，功率放大等組成的控制系統，其方框圖如下： 　　1、脈沖信號的產生。 　　脈沖信號般由單片機或CPU產生，般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉速越高，占空比則越大。 　　2、信號分配 　　我廠的感應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度；二相八拍為,步距角為0.9度。四相電機工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,（步距角為0.9度）。 　　3、功率放大 　　功率放大是驅動系統zui為重要的部分。步進電機在定轉速下的轉矩取決于它的動態平均電流而非靜態電流（而樣本上的電流均為靜態電流）。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅動系統盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅動方式，到目前為止，驅動方式般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流、細分數等。 　　、39529829、39529839
為盡量提高電機的動態，將信號分配、功率放大組成步進電機的驅動電源。我廠的SH系列二相恒流斬波驅動電源與單片機及電機接線圖如下：
CP 接CPU脈沖信號（負信號，低電平） 　　OPTO 接CPU+5V 　　FREE 脫機，與CPU地線相接，驅動電源不工作 　　DIR 方向控制，與CPU地線相接，電機反轉 　　VCC 直流電源正端 　　GND 直流電源負端 　　A 接電機引出線紅線 　　接電機引出線綠線 　　B 接電機引出線黃線 　　接電機引出線藍線 　　步進電機經定型，其取決于電機的驅動電源。步進電機轉速越高，力距越大則要求電機的電流越大，驅動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下： 　　4、細分驅動器 　　在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅動器來驅動步進電機，細分驅動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進電機運轉的。
ABB電機有步距角（涉及到相數）、靜轉矩、及電流三大要素組成。旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 　　1、步距角的選擇 　、39529829、39529839
　電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的zui小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度 （三相電機）等。 　　2、靜力矩的選擇 　　步進電機的動態力矩下子很難確定，我們往往確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單的慣性負載和單的摩擦負載是不存在的。直接起動時（般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸） 　　3、電流的選擇 　　靜力矩樣的電機，由于電流參數不同，其運行特性差別很大，可依據矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓） 　　綜上所述選擇電機般應遵循以下步驟： 　　4、力矩與功率換算 　　步進電機般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下： 　　P= Ω·M 　　Ω=2π·n/60 　　P=2πnM/60 　　其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉速，M為力矩單位為牛頓·米 　　P=2πfM/400（半步工作） 　　其中f為每秒脈沖數（簡稱PPS）、39529829、39529839
ABB電機應用于低速場合---每分鐘轉速不超過1000轉，（0.9度時6666PPS），在1000-3000PPS（0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。 　　2、步進電機不使用整步狀態，整步狀態時振動大。 　　3、由于歷史原因，只有標稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅動電壓伏值 ，可根據驅動器選擇驅動電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當然12伏的電壓除12V恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源， 不過要考慮溫升。 　　4、轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。 　　5、電機在較高速或大慣量負載時，般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 　　6、高精度時，應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數的驅動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統的價格較貴，少，其被淘汰的說法是外行話。 　　7、電機不應在振動區內工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加些阻尼的解決。 　　8、電機在600PPS（0.9度）以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅動。 　　9、應遵循選電機后選驅動的原則。、39529829、39529839
當A相繞組通電（用直流電壓激磁）時；形成A相定子磁極（AA方向磁場）,產生反應力，吸引轉子轉過定的角度，使轉子齒與A相定子磁極小齒對齊。 　　2.當A相繞組斷電，B相繞組通電時，形成B相定子磁極（BB方向磁場） ,產生反應力，吸引轉子順時針轉過3°，使轉子齒與B相定子磁極小齒對齊。 　　3.以次類推………… 　　若控制線路不停地按A-B-C-A…順序控制步進電機各相繞組的通斷電，步進電機的轉子便不停地順時針轉動；若通電順序改為A-C-B-A…，步進電機的轉子將逆時針轉動。這種通電方式稱為三相三拍通電方式；此時定子繞組的通電狀態每改變次，轉子轉過3°。 　　若控制線路不停地按A-AB-B-BC-C-CA-A…順序控制步進電機各相繞組的通斷電，這種通電方式稱為三相六拍通電方式。當從A相通電轉為A和B同時通電時，轉子齒將同時受到A相繞組產生的磁場和B相繞組產生的磁場的共同吸引，轉子齒只好停在A 和B兩相磁極之間，轉子轉過1.5°。當由A和B兩相同時通電轉為B相通電時，轉子再沿順時針方向旋轉1.5°，使轉子齒與B相磁極對齊。……依此類推。在三相六拍通電時，定子繞組的通電狀態每改變次，轉子轉過1.5°。與三相三拍通電方式相比，可使每次轉角縮小半。 　　步進電機定子繞組的通電狀態每改變次，它的轉子轉過的個確定角度，稱為步進電機的步距角a 。步距角a的計算公式： 　　其中，m為定子繞組的相數 ，Z為轉子的齒數，K為通電方式系數 ；當m相m拍通電時，k=1；m相2m拍通電時，k=2 　　（二）、五相五定子、軸向分相、反應式步進電機工作原理介紹 　　步進電機的定子和轉子在軸向分為五段，每段都形成獨立的相定子鐵心、定子繞組和轉子；各段定子鐵心形如內齒輪，由硅鋼片疊成；各段定子上的在圓周方向均勻分布，彼此之間錯開1／5齒距；各段轉子形如外齒輪，也由硅鐵片疊成；各段轉子齒彼此不錯位。 　　若控制線路不停地按A-B-C-D-E-A-…順序控制步進電機各相繞組的通斷電，這種通電方式稱為五相五拍通電；若控制線路不停地按 AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA- EAB-AB …順序控制步進電機各相繞組的通斷電，這種通電方式稱為五相十拍通電；步距角a的計算仍可采用上述計算公式。 　　小結: 　　1.步進電機受脈沖電流控制，轉子的角位移正比于輸入脈沖的數量，轉子的角速度正比于輸入脈沖的頻率，轉子的旋轉方向取決于定子繞組的通電順序。 　　2.若維持控制繞組的電流不變, 則步進電機就可停在某位置不動。 　　3.步進電機有定的步距誤差, 但沒有累計誤差。、39529829、39529839