范棟梁

（海頓直線電機(jī)（常州）有限公司，江蘇常州213022）

電位器在直線步進(jìn)電機(jī)中的應(yīng)用

范棟梁

（海頓直線電機(jī)（常州）有限公司，江蘇常州213022）

介紹了電位器的工作原理以及在直線步進(jìn)電機(jī)中的應(yīng)用。其安裝方式具有價(jià)格低廉、性能可靠、通用性強(qiáng)等特點(diǎn)。

電位器；直線步進(jìn)電機(jī)；應(yīng)用

0 引言

使用直線步進(jìn)電機(jī)對(duì)機(jī)械部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制時(shí)，某些特殊場(chǎng)合需要實(shí)時(shí)掌握機(jī)械部件在運(yùn)動(dòng)中的具體位置，這就是運(yùn)動(dòng)實(shí)時(shí)定位控制。它首先需要在運(yùn)動(dòng)中采集變化的電子參數(shù)，然后通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)電子參數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)位移參數(shù)從而間接地實(shí)現(xiàn)定位控制。

目前直線步進(jìn)電機(jī)通常采用編碼器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)定位控制，光電碼盤(pán)安裝在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，通過(guò)編碼器里的接收器讀取碼盤(pán)上的光柵信號(hào)，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制。由于編碼器的分辨率由碼盤(pán)上光柵的線數(shù)決定，因此光柵的線數(shù)實(shí)際上就決定了電機(jī)的位置控制精度。對(duì)于高精度控制的運(yùn)動(dòng)部件，低分辨率的編碼不適用，這樣就不具有一定的通用性。另外編碼器的價(jià)格比較昂貴，也制約了其在運(yùn)動(dòng)控制中的廣泛應(yīng)用。

在實(shí)際的工業(yè)控制領(lǐng)域中，需要有一種器件，價(jià)格相對(duì)適中，同時(shí)其應(yīng)用又有一定的通用性，能夠滿(mǎn)足用戶(hù)對(duì)運(yùn)動(dòng)控制精度的需求，而電位器正好能滿(mǎn)足上述要求。

1 電位器特性

1.1 電位器的工作原理

電位器是是一種可以調(diào)節(jié)阻值的電子元器件，我國(guó)對(duì)電位器的定義是作為分壓器使用的一個(gè)三端組件，它的兩個(gè)引出端與電阻體的兩個(gè)終端相連，而第三端接到能沿電阻體做機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)觸點(diǎn)上，通過(guò)旋轉(zhuǎn)電位器上軸心，改變軸心旋鈕上連接刷在電阻片碳膜上的位置，從而實(shí)現(xiàn)了阻值的調(diào)節(jié)。

圖1 電位器的基本結(jié)構(gòu)

1.2 電位器的特性

電位器與電阻器的性能指標(biāo)含義在標(biāo)稱(chēng)阻值、允許偏差、額定功率等方面是一致的，此外還有如下特性：1）阻值變化規(guī)律。阻值變化規(guī)律是指電位器旋轉(zhuǎn)角度（或行程）與作為分壓器使用時(shí)輸出電壓的關(guān)系。常見(jiàn)電位器的阻值變化規(guī)律有線性變化型、指數(shù)變化型、對(duì)數(shù)變化型。2）滑動(dòng)噪聲。當(dāng)電刷在電阻體上滑動(dòng)時(shí)，電位器中心端與固定端之間的電壓出現(xiàn)無(wú)規(guī)則的起伏，這種現(xiàn)象稱(chēng)為電位器的滑動(dòng)噪聲。它是由材料電阻率分布不均勻以及電刷滑動(dòng)時(shí)接觸電阻的無(wú)規(guī)律變化引起的。3）分辨力。對(duì)輸出量可實(shí)現(xiàn)的最精細(xì)的調(diào)節(jié)能力。繞線電位器的分辨力較差。4）極限電壓。電位器在短時(shí)間內(nèi)能承受的最高電壓。5）機(jī)械耐久性。通常以旋轉(zhuǎn)（或滑動(dòng)）多少次為標(biāo)志，是表示電位器使用壽命的指標(biāo)。

1.3 電位器的種類(lèi)

電位器主要是由電阻體和電刷組成，通常電位器有如下分類(lèi)：

1）合成碳膜電位器。這是目前使用最多的，其電阻體用碳黑、石墨、石英粉、有機(jī)粘合劑等配制成的混合物，涂在膠木板或玻璃纖維上制成。具有分辨率高、調(diào)節(jié)阻值范圍大的特點(diǎn)。

2）金屬膜電位器。其電阻體是用金屬合金膜、金屬氧化膜、金屬?gòu)?fù)合膜、氧化鉭膜材料通過(guò)真空技術(shù)沉積在陶瓷基體上制成，具有分辨率高、滑動(dòng)噪聲小的特點(diǎn)。

3）繞線電位器。其電阻體是由電阻絲繞在涂有絕緣材料的金屬或非金屬板上制成的，具有功率大、精度高、噪聲小、穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

4）實(shí)心電位器。其電阻體是用碳黑、石墨、石英粉、有機(jī)粘合劑等配制的材料混合加熱后，壓在塑料基體上，再經(jīng)加熱聚合而成，具有分辨率高、可靠性高、體積小的特點(diǎn)。

5）單多圈電位器。單圈電位器只能在一圈內(nèi)旋轉(zhuǎn)，多圈電位器的轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，滑動(dòng)臂觸點(diǎn)在電阻體上僅改變很小一段距離，其滑動(dòng)臂從一個(gè)極端位置到另一個(gè)極端位置時(shí)，轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動(dòng)多圈。

6）帶開(kāi)關(guān)電位器。在電位器上附加有開(kāi)關(guān)裝置。開(kāi)關(guān)與電位器同軸，開(kāi)關(guān)的運(yùn)動(dòng)與控制方式分為旋轉(zhuǎn)式和推拉式兩種。

1.4 電位器的用途

1）起分電壓作用。由于電位器的電阻是規(guī)律可調(diào)的，調(diào)節(jié)電位器的轉(zhuǎn)柄或滑柄可帶動(dòng)電阻體上動(dòng)觸點(diǎn)的滑動(dòng)，使電位器的輸出端獲得的電壓與轉(zhuǎn)角或行程成比例關(guān)系。

2）起調(diào)節(jié)電阻作用。當(dāng)電位器的兩端連接在電路中，通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)觸點(diǎn)行程位置控制阻值大小。

3）起調(diào)節(jié)電流作用。當(dāng)電位器連接在電路中，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器阻值的變化實(shí)現(xiàn)電流的改變。

2 電位器在步進(jìn)直線電機(jī)中的應(yīng)用

2.1 直接安裝方式

圖1 直接安裝方式

如圖1所示，在電機(jī)的后伸出軸上安裝有一個(gè)聯(lián)軸器，在聯(lián)軸器另一端安裝電位器，電機(jī)轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，電位器也相應(yīng)地轉(zhuǎn)一圈。由于電位器的阻值是有規(guī)律的變化，因此通過(guò)初始位置的電阻值和現(xiàn)有阻值之差就可以計(jì)算出步進(jìn)直線電機(jī)線性位移量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)位置的控制。采用這種安裝方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，由于電位器和電機(jī)軸的傳動(dòng)比是1∶1，因此換算方便。

但是由于電阻器的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)是一定的，對(duì)于行程比較大的步進(jìn)直線電機(jī)，超過(guò)了最大圈數(shù)范圍，使用就會(huì)受到限制。

2.2 間接安裝方式

采用齒輪的間接連接方式可以有效地解決這個(gè)問(wèn)題，如圖2所示，一個(gè)齒輪安裝在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上，另一個(gè)齒輪安裝在電位器上，然后這兩個(gè)齒輪進(jìn)行嚙合連接。調(diào)整兩個(gè)齒輪的齒數(shù)可以控制傳動(dòng)比，從而改變電位器和電機(jī)軸的傳動(dòng)比參數(shù)。通過(guò)這種方式，如果步進(jìn)直線電機(jī)的行程遠(yuǎn)大于電位器的圈數(shù)范圍，只要增加安裝在電位器上齒輪的齒數(shù)就能解決這個(gè)問(wèn)題。

圖2 間接安裝方式

3 結(jié)論

采用電位器對(duì)步進(jìn)直線電機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)位置控制，可以在變化的行程控制中具有一定的通用性，同時(shí)由于其低廉的價(jià)格、可靠的性能，使其在工業(yè)產(chǎn)品中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

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（編輯：?jiǎn)?迪）

TM 301.2

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1002－2333（2014）04－0191－02

范棟梁（1979-），男，工程師，主要從事直線電動(dòng)機(jī)應(yīng)用技術(shù)的研究。

2014-02-11