机电一体化月薪亮点揭秘步进电机的精髓工作原理

导语:步进电机,作为一种特殊的电动机,凭借其精准定位、高转矩、高效能等优势,在自动化设备中扮演着重要角色。它的工作原理可以简化为磁场交互和电流施加两个方面。

一、步进电机工作原理

首先,步进电机通过磁场交互产生转动,其核心在于定子与转子的相互作用。当定子中的线圈激发磁场,与转子上的极相遇时,便会产生力矩,使得转子旋转。这一旋转角度受到施加电流方式及磁场相互作用的影响。

其次,步进电机实现控制的关键在于精确地施加电流,以达到每次固定的步距运动。这是由线圈结构和绕组设计决定的。通常分为单相和多相两种类型,其中单相依赖一个线圈,每次施加后仅需旋转固定角度,而多相则通过串联或并联多个线圈来提升性能,并提供更高的精度和输出力矩。

尽管步进电机会被广泛应用,但它们并不像直流或交流式机械那样直接使用。它们需要配备特定的控制系统,如双环脉冲信号、功率驱动器以及电子元件,这使得其应用更加复杂,涉及机械、电子、计算机等领域深厚知识。

现代制造业中,有许多厂家生产步进電機,但真正拥有专业技术团队进行自主研发的人数寥寥可数,大部分厂家仍停留在简单模仿阶段,这给用户带来了不必要的挑战。在此背景下,我们将以感应子式為例详细阐述基本工作原理,以期对用户选型、使用及整体改良有所帮助。

二、步进電機与伺服電機差异

控制精度不同

两者均可根据需要调整小幅度,但伺服系統則具有更高级别之编码器來提供更細微之位置信息。而对于绝大多數用戶而言,无论是机械传递还是光学传感器,都无法达成伺服系統那樣之物理上極致精確性,因此追求最高物理精度可能是不必要的投资。

矩频特性不同

步進電機輸出力矩隨轉速增加而降低,並且當轉速超過一定點時會突然下降,這限制了它們運行於較高轉速下的能力;反觀交流伺服電機則能夠保持恒定的力矩輸出,即便在額定轉速範圍內也能維持最大力矩輸出。此外,它們通常具有更大的额定速度范围,从1000到3000RPM不等,为各种應用提供了更多选择。

過載能力差異

运行性能差异

步進電機采用開環控制,因而容易因启动频率过高或负载过大导致丢失同步现象,以及停止时过快导致反向冲击现象。因此,对于保证稳定运行至关重要的是合理管理升/降速度过程。而闭环控制系统如伺服驱动,则能够直接处理这些问题,无需额外措施即可获得优质性能。

加速度响应性能差异

加速时间比对

步進電機从静止加速到工作状态所需时间较长,一般需要几百毫秒甚至千毫秒;而交流伺服系統则可以迅捷地从静止加速到额定3000RPM,只需几毫秒,而且还能支持快速启停需求,不同应用领域都有不同的优劣考虑点。