汽车步进角定义步进电机介绍

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环调节元件。在非超载的状况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的頻率和脉冲数，而不受负载变化的关系，即给电机加一个脉冲信号。那么接下来汽车小编耐心的给小伙伴们简单介绍一下汽车步进角定义。

基本原理

工作原理

一般情况下电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组造成一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机运转一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲頻率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用调节脉冲数量、頻率及电动机各相绕组的通电顺序来调节步进电机的运转。

发热原理

一般情况下见到的各种电机，内部基本都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会造成损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，假如电流并不是规范的直流或正弦波，还可以造成谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会造成损耗，其大小与材料，电流，頻率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损基本都会以发热的形式表现症状出来，那么就会关系电机的效率。步进电机大多数追求定位精密度和力矩输出，效率相当低，电流大多数相当大，且谐波成分高，电流交变的頻率也随转速而变化，因而步进电机普遍有发热状况，且状况比大多数交流电机严重。

关键构造

步进电机也叫步进器，它借助于电磁学原理，将电能转换为机械能大家早在20世纪20年代就先使用这种电机。随着嵌入式系统(例如打印机、磁盘驱动器、玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等)的日益流行，步进电机的使用也先暴增。不论在工业、军事、医疗、汽车還是娱乐业中，只需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置，步进电机就必需能派上用场。步进电机有许多种形状和尺寸，但不论形状和尺寸怎么，它们基本都能归为两类：可变磁阻步进电机和永磁步进电机。

步进电机是由一组缠绕在电机固定部件--定子齿槽上的线圈驱动的。一般情况下状况下，一根绕成圈状的金属丝叫做螺线管，而在电机中，绕在齿上的金属丝则叫做绕组、线圈、或相。

步进电机加减速流程调节技术

正由于步进电机的广泛应用,对步进电机的调节的研究也越来比较多,在起动或加速时假如步进脉冲变化太快,转子因为惯性而跟随不上电信号的变化,造成堵转或失步在停止或减速时因为同样原因则可能造成超步。为避免堵转、失步和超步,提高工作頻率,需要对步进电机做好升降速调节。

步进电机的转速取决于脉冲頻率、转子齿数和拍数。其角速度与脉冲頻率成正比,而且在时间上与脉冲同步。因而在转子齿数和运转拍数必需的状况下,只需调节脉冲頻率即可获得所需速度。因为步进电机是借助它的同步力矩而起动的,以便不发生失步,起动頻率是不高的。特别是随着功率的添加,转子直径增大,惯量增大,起动頻率和最高运转頻率可能相差十倍之多。

步进电机的起动頻率特性使步进电机起动时不可以直接到了运转頻率,而需要有一个起动流程,即从一个低的转速逐渐升速到运转转速。停止时运转頻率不可以立即降为零,而需要有一个高速逐渐降速到零的流程。

步进电机的输出力矩随着脉冲頻率的升高而降低,起动頻率越高,起动力矩就越小,带动负载的能力越差,起动时会引起失步,而在停止时又会发生过冲。需要使步进电机快速的到了所需要求的速度又不失步或过冲,其关键在于使加速流程中,加速度所需要求的力矩既能充分借助于各个运转頻率下步进电机所供给的力矩,又不可以超过这一力矩。因而,步进电机的运转大多数需要经过加速、匀速、减速3个环节,需要求加减速流程时间尽最大限度的短,恒速时间尽最大限度长。特别是在需要求快速响应的工作中,从起点到终点运转的时间需要求最短,这就必须需要求加速、减速的流程最短,而恒速时的速度最高。

国内外的科技工作者对步进电机的速度调节技术做好了广泛的研究,建立了多种加减速调节数学模型,如指数模型、线性模型等,并在此基础上设计开发了多种调节电路,改善了步进电机的运动特性,推广了步进电机的应用范围指数加减速考虑了步进电机固有的矩频特性,既能保证步进电机在运动中不失步,又充分发挥了电机的固有特性,减少了升降速时间,但因电机负载的变化,很难实现而线性加减速仅考虑电机在负载能力范围的角速度与脉冲成正比这一联系,不因电源电压、负载环境的波动而变化的特性,这种升速办法的加速度是恒定的,其缺点是未充分考虑步进电机输出力矩随速度变化的特性,步进电机在高速时会发生失步。

步进电机的细分驱动调节

步进电机因为受到自身制造工艺的限制,如步距角的大小由转子齿数和运转拍数决定,但转子齿数和运转拍数是有限的,因而步进电机的步距角大多数较大并且是固定的,步进的分辨率低、缺乏灵活性、在低频运转时振动,噪音比其他微电机基本都高,使物理装置容易疲劳或损坏。这些缺点使步进电机只能应用在一点需要求较低的场合,对需要求较高的场合,只能采取闭环调节,添加了系统的复杂性,这些缺点严重限制了步进电机做为优良的开环调节组件的有效果借助于。细分驱动技术在必需程度上有效果地克服了这些缺点。

步进电机细分驱动技术是年代中期发展起来的一种能显著改善步进电机综合使用性能的驱动技术。年美国学者、首次在美国增量运动调节系统及器件年会上提出步进电机步距角细分的调节办法。在其后的二十多年里,步进电机细分驱动得到了非常大的发展。逐步发展到上世纪九十年代完全成熟的。我国对细分驱动技术的研究,起步时间与国外相差无几。

在九十年代中期的到了较大的发展。关键应用在工业、航天、机器人、精密测量等领域,如跟踪卫星用光电经纬仪、军用仪器、通讯和雷达等设备,细分驱动技术的广泛应用,使电机的相数不受步距角的限制,为产品设计带来了方便。现在在步进电机的细分驱动技术上,使用斩波恒流驱动,仪脉冲宽度调制驱动、电流矢量恒幅均匀旋转驱动调节止,,几大大提高步进电机运转转动精密度,使步进电机在中、小功率应用领域向高速且精密化的方向发展。

最初,对步进电机相电流的调节是由硬件来实现的,一般情况下使用两种办法，使用多路功率开关电流供电,在绕组上做好电流叠加,这种办法使功率管损耗少,但因为路数多,所以器件多,体积大。

先对脉冲信号叠加,进而经功率管线性放大,获得阶梯形电流,优点是所用器件少,但功率管功耗大,系统功率低,假如管子工作在非线性区会导致失真、因为本身不可克服的缺点,因而现在已很少使用这两类办法。

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2022-06-07 01:45:50