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 (論文 )外文資料翻譯  系   部：        機(jī)械工程                  專     業(yè)：        機(jī)械工程及自動化                          姓     名：                              學(xué)     號：                              外文出處：       E. 2006                        附     件：    指導(dǎo)教師評語：  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 。  成績評定為中  簽名：                 年     月     日  注： 請將該封面與附件裝訂成冊。  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)加一個脈沖信號，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個步距角。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。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、功率驅(qū)動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)、電子及計算機(jī)等許多專業(yè)知識。   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。望能對廣大用戶在選型、使用、及整機(jī)改進(jìn)時有所幫助。  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 齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。 0、 1/3 、 2/3 ,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以表示），即 相對齊， 向右錯開 1/3， 向右錯開 2/3，A'與齒 5相對齊，（ 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，由于磁場作用，齒 1 與 A 對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如 A，  2應(yīng)與 時轉(zhuǎn)子向右移過 1/3，此時齒 3與 ，齒 4與   ） =2/3。如 A， B 相不通電，齒 3應(yīng) 與 時轉(zhuǎn)子又向右移過 1/3，此時齒 4與 。如 B，  4與 子又向右移過 1/3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 ,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)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。  不過，出于對力矩、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 改變?yōu)?1/6。甚至于通過二相電流不同的組合，使其 1/3 變?yōu)?1/12 ， 1/24 ，這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。  不難推出：電機(jī)定子上有 m 相勵磁繞阻，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)的物理條件。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（磁通量 ）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度產(chǎn)生力 d/成正比  S 其磁通量 = 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 NI 為勵磁繞阻安匝數(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：  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 ，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(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，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），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，而功率大一點的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動態(tài)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(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（電機(jī)外徑）可分為： 42感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號 )、 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)生不同對極 N、 用  拍數(shù)：完成一個磁場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：對應(yīng)一個脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 表示。 =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)行時步距角為 =360 度 /（ 50*4） =稱整步），八拍運(yùn)行時步距角為 =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)動時，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)動電壓及驅(qū)動電源等無關(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，這樣會造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。  4、  步進(jìn)電機(jī)動態(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(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時應(yīng)在15%以內(nèi)。  失步：  電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時運(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)動是不能解決的。  載起動頻率：  電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。  大空載的運(yùn)行頻率：  電機(jī)在某種驅(qū)動形式，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)在某種測試條件下測得運(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、起動頻率特性等。  電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時的平均電流（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)載的交點為負(fù)載的最大速度點。  要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小 電感大電流的電機(jī)。  電機(jī)的共振點：  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，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。  電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：  當(dāng)電機(jī)繞組通電時序為  ()時為正轉(zhuǎn)，通電時序為 )時為反轉(zhuǎn)。  一、  驅(qū)動控制系統(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、  脈沖信號的產(chǎn)生。  脈沖信號一般由單片機(jī)或 生，一般脈沖信號的占空比為 右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。  2、  信號分配  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)動系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。  為盡量提高電機(jī)的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源。我廠生產(chǎn)的  說明：   （負(fù)信號，低電平有效）   V 機(jī)，與 動電源不工作  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)動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下：  4、  細(xì)分驅(qū)動器  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)動器來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)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(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。直接起動時（一般由低速）時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(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)動電源、及驅(qū)動電壓）  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= M =2n/60 P=20  其 P 為功率單位為瓦， 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=200( 半步工作 ) 其中 稱  (二 )、應(yīng)用中的注意點  1、 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合 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)時振動大。  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)動電壓伏值  ，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（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)動外也可以采用其他驅(qū)動電源，  不過要考慮溫升。  4、 轉(zhuǎn)動慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號電機(jī)。  5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時，一般不在工作速度起動，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可以提高停止的定位精度。  6、高精度時，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)動器來解決，也可以采用 5相電機(jī)，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，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。  9、 應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動的原則。  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  , 2/3 , ( is   , A  B  , C  , A 'i , ( A'  ,  is  ) 2 ,   is is B, C do of of   (do   is  is  A, C do    ,   ,      - 1/3  ) = 2/3 .  is  is  A, B do    ,   , is  B, C do    , B, C   (  a   a if , B, C    is to   1/3 , If , C, B   on  it be of 1 is by  as   of so , , 1/24 , is  Do to On m is , 2/m ( m , 1.  - is So as we of in of on , 3, 4   3 .      ) to   d  / d  )  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    = 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