范棟梁

（海頓直線電機（常州）有限公司，江蘇常州213022）

電位器在直線步進電機中的應用

范棟梁

（海頓直線電機（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電機中的應用。其安裝方式具有價格低廉、性能可靠、通用性強等特點。

電位器；直線步進電機；應用

0 引言

使用直線步進電機對機械部件進行運動控制時，某些特殊場合需要實時掌握機械部件在運動中的具體位置，這就是運動實時定位控制。它首先需要在運動中采集變化的電子參數(shù)，然后通過計算機對電子參數(shù)進行對比分析，通過位移參數(shù)從而間接地實現(xiàn)定位控制。

目前直線步進電機通常采用編碼器的方式來實現(xiàn)定位控制，光電碼盤安裝在電機的旋轉(zhuǎn)軸上，通過編碼器里的接收器讀取碼盤上的光柵信號，由此實現(xiàn)對電機的運動控制。由于編碼器的分辨率由碼盤上光柵的線數(shù)決定，因此光柵的線數(shù)實際上就決定了電機的位置控制精度。對于高精度控制的運動部件，低分辨率的編碼不適用，這樣就不具有一定的通用性。另外編碼器的價格比較昂貴，也制約了其在運動控制中的廣泛應用。

在實際的工業(yè)控制領(lǐng)域中，需要有一種器件，價格相對適中，同時其應用又有一定的通用性，能夠滿足用戶對運動控制精度的需求，而電位器正好能滿足上述要求。

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，我國對電位器的定義是作為分壓器使用的一個三端組件，它的兩個引出端與電阻體的兩個終端相連，而第三端接到能沿電阻體做機械運動的動觸點上，通過旋轉(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含義在標稱阻值、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輸出電壓的關(guān)系。常見電位器的阻值變化規(guī)律有線性變化型、指數(shù)變化型、對數(shù)變化型。2）滑動噪聲。當電刷在電阻體上滑動時，電位器中心端與固定端之間的電壓出現(xiàn)無規(guī)則的起伏，這種現(xiàn)象稱為電位器的滑動噪聲。它是由材料電阻率分布不均勻以及電刷滑動時接觸電阻的無規(guī)律變化引起的。3）分辨力。對輸出量可實現(xiàn)的最精細的調(diào)節(jié)能力。繞線電位器的分辨力較差。4）極限電壓。電位器在短時間內(nèi)能承受的最高電壓。5）機械耐久性。通常以旋轉(zhuǎn)（或滑動）多少次為標志，是表示電位器使用壽命的指標。

1.3 電位器的種類

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：

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。

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

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。

4）實心電位器。其電阻體是用碳黑、石墨、石英粉、有機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。

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，滑動臂觸點在電阻體上僅改變很小一段距離，其滑動臂從一個極端位置到另一個極端位置時，轉(zhuǎn)軸需要轉(zhuǎn)動多圈。

6）帶開關(guān)電位器。在電位器上附加有開關(guān)裝置。開關(guān)與電位器同軸，開關(guān)的運動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)柄或滑柄可帶動電阻體上動觸點的滑動，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。當電位器的兩端連接在電路中，通過調(diào)節(jié)動觸點行程位置控制阻值大小。

3）起調(diào)節(jié)電流作用。當電位器連接在電路中，通過調(diào)節(jié)電位器阻值的變化實現(xiàn)電流的改變。

2 電位器在步進直線電機中的應用

2.1 直接安裝方式

圖1 直接安裝方式

如圖1所示，在電機的后伸出軸上安裝有一個聯(lián)軸器，在聯(lián)軸器另一端安裝電位器，電機轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈，電位器也相應地轉(zhuǎn)一圈。由于電位器的阻值是有規(guī)律的變化，因此通過初始位置的電阻值和現(xiàn)有阻值之差就可以計算出步進直線電機線性位移量，從而實現(xiàn)對位置的控制。采用這種安裝方式結(jié)構(gòu)簡單，由于電位器和電機軸的傳動比是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，對于行程比較大的步進直線電機，超過了最大圈數(shù)范圍，使用就會受到限制。

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問題，如圖2所示，一個齒輪安裝在電機的轉(zhuǎn)軸上，另一個齒輪安裝在電位器上，然后這兩個齒輪進行嚙合連接。調(diào)整兩個齒輪的齒數(shù)可以控制傳動比，從而改變電位器和電機軸的傳動比參數(shù)。通過這種方式，如果步進直線電機的行程遠大于電位器的圈數(shù)范圍，只要增加安裝在電位器上齒輪的齒數(shù)就能解決這個問題。

圖2 間接安裝方式

3 結(jié)論

采用電位器對步進直線電機進行運動位置控制，可以在變化的行程控制中具有一定的通用性，同時由于其低廉的價格、可靠的性能，使其在工業(yè)產(chǎn)品中得到越來越廣泛的應用。

［1］ 張春林.機械原理［M］.北京：高等教育出版社，2006.

［2］ 葉云岳.直線電機技術(shù)手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2003.

［3］ 王威.工業(yè)生產(chǎn)自動化［M］.北京：科學出版社，2003.

［4］ 張洪潤.傳感器技術(shù)大全［M］.北京：北京航天航空大學出版社，2007.

［5］ 成大先.機械傳動［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2001.

（編輯：啟 迪）

TM 301.2

B

1002－2333（2014）04－0191－02

范棟梁（1979-），男，工程師，主要從事直線電動機應用技術(shù)的研究。

2014-02-11