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相信大家看过我上期的blog,都对两种传统马达,直流马达和交流马达,有了初步的认识。来到今期我会为来家介绍一种大家平常不太会接触到,而且较迟才出现的马达,步进马达。其实它的用途很广阔,不论在工业、军事、医疗、汽车还是娱乐业中,只要需要把某件物体从一个位置移动到另一个位置,步进电机就一定能派上用场。同时它更是是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。
步进马达
它是脉冲马达的一种,一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。但他不能像直流马达和交流马达般使用,它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。即是说它不能单独使用,必须连接控制器及驱动器。
虽然在外型上它与交流马达有少许相似,但我们可从它的构造中看到它的不同。
运作原理:
当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度,使得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,电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序,电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
步进马达步级角构造,黄色部分为每次脉波行走量
除马达本身,使用它需配备控制器及驱动器。
控制器是发出运转指令,传送需求速度以及运转量的指令脉波信号。传送的运转指令脉波信号有如心脏跳动般的呈现矩形的波形,是间断性的发出信号。
驱动器为马达提供电力以保证马达按指令运转,驱动器会随控制器传送来的脉波信号来控制电力,由决定的电流流通顺序的来激磁回路,并控制提供给马达的电力以驱动回路。
可以步进马达的使用方法比较烦复,一般用家很少会用到或接触到。
步进马达的分類
步进马达在构造上有三种主要类型:反应式(Variable Reluctance,VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。
反应式:结构简单、成本低、步距角小,但动态性能差、效率低、发热大,可靠性难保证。
永磁式:动态性能好、输出力矩大,但这种电机精度差,步矩角大。
混合式:输出力矩大、动态性能好,步距角小,但结构复杂、成本相对较高。
而現市場上最受歡迎的是混合式步进马达,原因是性价比高。
优点 |
缺点 |
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生活应用
步进马达用途很广泛,主要应用于位置及角度的控制上,如软碟机、硬碟机、印表机、XY 工作台等方面。而且随着嵌入式系统的发展,步进马达用途变得更多,如玩具、雨刷、震动寻呼机、机械手臂和录像机等。
电脑软式磁碟机
另一簡單例子:
如大家想看看更多步进马达的产品可到以下网址:
控制器及驱动器
步进马达
在这三期中都为大家详细介绍了三种用途广泛的马达。但马达的种类当然不止这三类。除着科技的发展,更多不再类别的马达被开发出来。如用于磁悬浮列车、粒子加速器及武器的线性马达; 80年代面世的超音波马达,为医疗及太空科技贡献不小。
而未来马达的发展方向相信会以体积及散热能力为主。因为现时产品都趋向体积小型化,因此为配合市场及消费者的须求,马达的发展必须配合。同时马达运作时所产生的热量是一个不可忽视的问题,它会影响产品的寿命、体积及重量等等,所以必须在这方面着手解决。