機(jī)械專業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯--步進(jìn)電機(jī)的工作原理

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畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )外文資料翻譯  系   部：        機(jī)械工程                  專     業(yè)：        機(jī)械工程及自動(dòng)化                          姓     名：                              學(xué)     號(hào)：                              外文出處：       E. 2006                        附     件：    指導(dǎo)教師評(píng)語：  該 該篇外文資料內(nèi)容與課題有一定的相關(guān)性 ， 翻譯與外文資 料的內(nèi)容基本相符，結(jié)構(gòu)基本完整，語言也比較通順 。  成績?cè)u(píng)定為中  簽名：                 年     月     日  注： 請(qǐng)將該封面與附件裝訂成冊(cè)。  附件 1：外文資料翻譯譯文  步進(jìn)電機(jī)的工作原理  步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變 為角位移或線位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡單。  雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。   目前 ,生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設(shè)備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給用戶在產(chǎn)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(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)為例。敘述其基本工作原理。望能對(duì)廣大用戶在選型、使用、及整機(jī)改進(jìn)時(shí)有所幫助。  二、感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)工作原理  （一）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理  由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理。  1、結(jié)構(gòu)：  電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子 齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開。 0、 1/3 て、 2/3 て ,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以て表示），即 相對(duì)齊， 向右錯(cuò)開 1/3て， 向右錯(cuò)開 2/3て，A'與齒 5相對(duì)齊，（ A'就是 A，齒 5就是齒 1）  2、旋轉(zhuǎn)：  如 A 相通電， B， C 相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒 1 與 A 對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如 A，  2應(yīng)與 時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過 1/3て，此時(shí)齒 3與 ，齒 4與   て） =2/3て。如 A， B 相不通電，齒 3應(yīng) 與 時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3て，此時(shí)齒 4與 。如 B，  4與 子又向右移過 1/3て這樣經(jīng)過 A、 B、 C、  4（即齒 1 前一齒）移到 機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距，如果不斷地按 A， B， C， A…… 通電，電機(jī)就每步（每脈沖） 1/3て ,向右旋轉(zhuǎn)。如按 A， C， B， A…… 通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。  由此可見：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。  不過，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用 樣將原來每步 1/3 て改變?yōu)?1/6て。甚至于通過二相電流不同的組合，使其 1/3 て變?yōu)?1/12 て， 1/24 て，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。  不難推出：電機(jī)定子上有 m 相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m……(m m,1。并且導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制 —— 這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。   3、力矩：  電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量 Ф ）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開一定角度產(chǎn)生力 dФ/成正比  S 其磁通量 Ф= 磁密， F 與 L*D*正比 L 為鐵芯有效長度， D 為轉(zhuǎn)子直徑  ?I/R N?I 為勵(lì)磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）  力矩 =力 *半徑  力矩與電機(jī)有效體積 *安匝數(shù) *磁密  成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機(jī)有效體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之亦然。  （二）感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)  1、 特點(diǎn)：  感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn) ，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。  感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn)行（ 全可以采用二相八拍運(yùn)行方式 =,D=.  一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完 全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。  2、   分類  感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號(hào)（電機(jī)外徑）可分為： 42感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào) )、 576110國際標(biāo)準(zhǔn)），而像 7090130 3、 電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語  相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極 N、 用  拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即 相八拍運(yùn)行方式即  步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 θ 表示。 θ=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù) J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為 50 齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度 /（ 50*4） =稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為 θ=360 度 /（ 50*8） =稱半步）。  定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）  靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無關(guān)。  雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，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(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。  4、  步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：  步距角精度：  步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用 百分比表示：誤差 /步距角 *100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。  失步：  電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。  失調(diào)角：  轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。  載起動(dòng)頻率：  電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。  大空載的運(yùn)行頻率：  電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。  運(yùn)行矩頻特性：  電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下圖所示：  其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。  電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。其中，曲線 3 電流最大、或電壓最高 ;曲線 1 電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最大速度點(diǎn)。  要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小 電感大電流的電機(jī)。  電機(jī)的共振點(diǎn)：  步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180間（步距角 ）或在 400右（步距角為 ），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。  電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：  當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)? ()時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)?)時(shí)為反轉(zhuǎn)。  一、  驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成  使 用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下：  1、  脈沖信號(hào)的產(chǎn)生。  脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或 生，一般脈沖信號(hào)的占空比為 右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。  2、  信號(hào)分配  我廠生產(chǎn)的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)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 相八拍為 ,步距角為 。四相電機(jī)工作方式也有二種，四相四拍為 距角為 相八拍為 步距角為 。  3、  功率放大  功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。  為盡量提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，將信號(hào)分配、功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。我廠生產(chǎn)的  說明：   （負(fù)信號(hào)，低電平有效）   V 機(jī)，與 動(dòng)電源不工作  向控制，與 機(jī)反轉(zhuǎn)  流電源正端  流電源負(fù)端   A 接電機(jī)引出線紅線  接電機(jī)引出線綠線   B 接電機(jī)引出線黃線  接電機(jī)引出線藍(lán)線  步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動(dòng)電源的電壓越高。電壓對(duì)力矩影響如下：  4、  細(xì)分驅(qū)動(dòng)器  在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)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(chǎng)的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。  二、   步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用  （一） 步進(jìn)電機(jī)的選擇  步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來了。  1、 步距角的選擇  電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 相電機(jī)）、 、四相電機(jī)）、 3度  （三相電機(jī)）等。  2 力矩的選擇  步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 2力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）  3 電流的選擇  靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電 流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）  4 力矩與功率換算  步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：  P= Ω?M Ω=2π?n/60 P=2π0  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(zhuǎn)速， M 為力矩單位為牛頓 ?米  P=2π00( 半步工作 ) 其中 稱  (二 )、應(yīng)用中的注意點(diǎn)  1、 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合 000轉(zhuǎn)，（ 666，最好在 1000 )間使用 ，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。  2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。  3、 由于歷史原因，只有標(biāo)稱為 12V 電壓的電機(jī)使用 12V 外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值  ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議： 5746用直流 50V,110用高于直流 80V），當(dāng)然 12 伏的電壓除 12V 恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，  不過要考慮溫升。  4、 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。  5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采 用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。  6、高精度時(shí)，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度 ,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決，也可以采用 5相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。  7、 電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。  8、 電機(jī)在 600）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動(dòng)。  9、 應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。  附件 2：外文原文 （復(fù)印件）  of to is or of of  on of to a a of of to of in as to  of of is It as is it is a of s as  is a is  of a, 20 of Is in a of a of in in we to is of in to  (1) of  1 .  a  to is in  0 1/3 て  , 2/3 て , ( is   , A  B  , C  , A 'i , ( A'  ,  is  ) 2 ,   is is B, C do of of   (do   is  is  A, C do    ,   ,    て  - 1/3 て  ) = 2/3 て .  is  is  A, B do    ,   , is  B, C do    , B, C   (  a   a if , B, C   …  is to   1/3 て , If , C, B  … … on  it be of 1 is by  as   of so , , 1/24 て , is  Do to On m is , 2/m … …( m , 1.  - is So as we of in of on , 3, 4   3 .      ) to   d Ф  / d θ  )  of   =  S Br is S ao   * D *  of is D is r = N*I/R N*I R to is        is it is to is  ( 2 ) 1 .  is of on  to of to of of  is to it be in   of  is to be to as at on A 4   ( , be  4 8     Do  =, D =. A 2 4 of  of a to  is to of is   4 ,   or  2  2    : 42  is  , 57 86 10  ( , 0 90 30 is  3 of of   m. of or by a of is n, or at to a by  is  4 4 8 of In a   θ  = 360   * of ,   0   of   = 360 s ( 50 * 4 ) = 1.8  ,   of   = 360 s ( 50 * 8 ) = 0.9  .   in do  of  as as of of  is of  of is to of is  to   to is so  4,  1 . of  a of  of  100%. of of is   be % ,   be 5%.  2,  is do be to hi is to  3 .  of by  4,  in of  5 . of  in of of  6 .  of in to be as is in it is of  to   of  of on in  of of , is is of is In 3  or   or of is of To as as of  7 . of    4 80 .8 of  or 00  of .9 , is  is to do of to  8, is to   ) is   ) is on  to se of is as   1  is by  is to th