步进电机作为全自动绕线机的执行元件,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。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。上个世纪就出现了步进电动机,它是一种可以自由回转的电磁铁,动作原理和今天的反应式步进电动机没有什么区别,也是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。在本世纪初,由于资本主义列强争夺殖民地,造船工业发展很快,同时也使得步进电动机的技术得到了长足的进步。到了80年代后,由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现,步进电动机的控制方式更加灵活多样。原来的步进电机控制系统采用分立元件或者集成电路组成的控制回路,不仅调试安装复杂,要消耗大量元器件,而且一旦定型之后,要改变控制方案就一定要重新设计电路。计算机则通过软件来控制步进电机,更好地挖掘出电动机的潜力。因此,用计算机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势,也符合数字化的时代趋势。

步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。随着脉冲频率的增高,转速就会增大。步进电机的旋转同时与相数、分配数、转子齿轮数有关。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机、永磁式步进电机、混合式步进电机。永磁式步进一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度;反应式步进一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相:两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

步进电机和普通电机的区别主要就在于其脉冲驱动的形式,正是这个特点,步进电机可以和现代的数字控制技术相结合。不过步进电机在控制的精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统的闭环控制的直流伺服电动机。在精度不是需要特别高的场合就可以使用步进电机,步进电机可以发挥其结构简单、可靠性高和成本低的特点。使用恰当的时候,甚至可以和直流伺服电动机性能相媲美。

步进电机具有自身的特色,归纳起来有:

1、可以用数字信号进行开环控制,整个系统简单廉价。

2、位移与输入的脉冲信号数相对应,步距误差不长期积累,可以组成结构较为简单又具有一定精度的开环控制系统,也可以在要求高精度时组成闭环控制系统。

3、无电刷,电动机本身部件少,工作可靠性高。

4、易于启动、停止、正反转及变速,响应型好。电脑自动绕线机的研究与开发。

5、停止的时候可以有自锁能力。

6、步距角范围大，可以在几十角分到180度范围内选择。在小步距的情况下，通常可以在超低转速下稳定运行，通常可以不经过驱动直接驱动负载。

7、速度可以在相当宽范围内平滑调节。同时用一台控制器控制几台步进电机可以使他们完全同步运行。

8、步进电机带惯性负载的能力比较差。

9、由于存在失步和共振，因此步进电机的加速和减速方法根据利用状态的不同而复杂化。

10、不能直接使用普通的交直流电源驱动。

步进电机广泛应用在生产实践的各个领域。步进电动机以其显著的特点,在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高,步进电机将会在更多的领域得到应用。

全自动绕线机步进电机的选择

步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定,步进电机的型号便确定下来了。

1、步距角的选择

电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上,每个当量电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有。.36度0/.72度(五相电机)、0.9度1/.8度(二、四相电机)、1.5度3/度(三相电机)等。

2、静力矩的选择

步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的2～3倍内好,静力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸)。

按照以上步骤,根据全自动绕线机的实际情况就可以确定电机的基本参数。绕线机运行过程中负载不是很大,但是要求的精度比较高,所以在选择过程中选择的是步距角比较小的混合型步进电机。当电机的各种参数范围确定了之后,选择了国内生产步进电机的厂家进行联系,进一步根据厂家提供的步进电机产品型号和参数,选择比较适合型号的电机。