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步進(jìn)電機知識

有 205 人瀏覽 日期:2019-05-09?? 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng) 進(jìn)入發(fā)布者【商鋪 放大字體??縮小字體

文章摘要:1.什么是步進(jìn)電機?步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗一點(diǎn)講:當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號,它就驅動(dòng)步進(jìn)

 
 

 

 

1.什么是步進(jìn)電機?
步進(jìn)電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗一點(diǎn)講:當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號,它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數來(lái)控制角位移量,從而達到準確定位的目的;同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機轉動(dòng)的速度和加速度,從而達到調速的目的。 2.步進(jìn)電機分哪幾種?
步進(jìn)電機分三種:永磁式(PM) ,反應式(VR)和混合式(HB)
永磁式步進(jìn)一般為兩相,轉矩和體積較小,步進(jìn)角一般為7.5度 或15度;
反應式步進(jìn)一般為三相,可實(shí)現大轉矩輸出,步進(jìn)角一般為1.5度,但噪聲和振動(dòng)都很
大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰;混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相:兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機的應用最為廣泛。

3.什么是保持轉矩(HOLDING TORQUE)?
保持轉矩(HOLDING TORQUE)是指步進(jìn)電機通電但沒(méi)有轉動(dòng)時(shí),定子鎖住轉子的力矩。它是步進(jìn)電機最重要的參數之一,通常步進(jìn)電機在低速時(shí)的力矩接近保持轉矩。由于步進(jìn)電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減,輸出功率也隨速度的增大而變化,所以保持轉矩就成為了衡量步進(jìn)電機最重要的參數之一。比如,當人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機,在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進(jìn)電機。

4.什么是DETENT TORQUE?
DETENT TORQUE 是指步進(jìn)電機沒(méi)有通電的情況下,定子鎖住轉子的力矩。
DETENT TORQUE 在國內沒(méi)有統一的翻譯方式,容易使大家產(chǎn)生誤解;
由于反應式步進(jìn)電機的轉子不是永磁材料,所以它沒(méi)有DETENT TORQUE。

5.步進(jìn)電機精度為多少?是否累積?
一般步進(jìn)電機的精度為步進(jìn)角的3-5%,且不累積。

6.步進(jìn)電機的外表溫度允許達到多少?
步進(jìn)電機溫度過(guò)高首先會(huì )使電機的磁性材料退磁,從而導致力矩下降乃至于失步,因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點(diǎn);一般來(lái)講,磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上,有的甚至高達攝氏200度以上,所以步進(jìn)電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。

7.為什么步進(jìn)電機的力矩會(huì )隨轉速的升高而下降?
當步進(jìn)電機轉動(dòng)時(shí),電機各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢;頻率越高,反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下,電機隨頻率(或速度)的增大而相電流減小,從而導致力矩下降。

8.為什么步進(jìn)電機低速時(shí)可以正常運轉,但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲?
步進(jìn)電機有一個(gè)技術(shù)參數:空載啟動(dòng)頻率,即步進(jìn)電機在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率,如果脈沖頻率高于該值,電機不能正常啟動(dòng),可能發(fā)生丟步或堵轉。在有負載的情況下,啟動(dòng)頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動(dòng),脈沖頻率應該有加速過(guò)程,即啟動(dòng)頻率較低,然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機轉速從低速升到高速)。

9.如何克服兩相混合式步進(jìn)電機在低速運轉時(shí)的振動(dòng)和噪聲?
步進(jìn)電機低速轉動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn),一般可采用以下方案來(lái)克服:
A.如步進(jìn)電機正好工作在共振區,可通過(guò)改變減速比等機械傳動(dòng)避開(kāi)共振區;
B.采用帶有細分功能的驅動(dòng)器,這是最常用的、最簡(jiǎn)便的方法;
C.換成步距角更小的步進(jìn)電機,如三相或五相步進(jìn)電機;
D.換成交流伺服電機,幾乎可以完全克服震動(dòng)和噪聲,但成本較高;
E.在電機軸上加磁性阻尼器,市場(chǎng)上已有這種產(chǎn)品,但機械結構改變較大。

10.細分驅動(dòng)器的細分數是否能代表精度?
步進(jìn)電機的細分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)(請參考有關(guān)文獻),其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機的低頻振動(dòng),提高電機的運轉精度只是細分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。比如對于步進(jìn)角為1.8° 的兩相混合式步進(jìn)電機,如果細分驅動(dòng)器的細分數設置為4,那么電機的運轉分辨率為每個(gè)脈沖0.45°,電機的精度能否達到或接近0.45°,還取決于細分驅動(dòng)器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠(chǎng)家的細分驅動(dòng)器精度可能差別很大;細分數越大精度越難控制。

11.四相混合式步進(jìn)電機與驅動(dòng)器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區別?
四相混合式步進(jìn)電機一般由兩相驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng),因此,連接時(shí)可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機轉速較的場(chǎng)合使用,此時(shí)需要的驅動(dòng)器輸出電流為電機相電流的0.7倍,因而電機發(fā)熱??;并聯(lián)接法一般在電機轉速較高的場(chǎng)合使用(又稱(chēng)高速接法),所需要的驅動(dòng)器輸出電流為電機相電流的1.4倍,因而電機發(fā)熱較大。

12.如何確定步進(jìn)電機驅動(dòng)器的直流供電電源?
A.電壓的確定
混合式步進(jìn)電機驅動(dòng)器的供電電源電壓一般是一個(gè)較寬的范圍(比如IM483的供電
電壓為12~48VDC),電源電壓通常根據電機的工作轉速和響應要求來(lái)選擇。如果電機工作轉速較高或響應要求較快,那么電壓取值也高,但注意電源電壓的紋波不能超過(guò)驅動(dòng)器的最大輸入電壓,否則可能損壞驅動(dòng)器。
B.電流的確定
供電電源電流一般根據驅動(dòng)器的輸出相電流I來(lái)確定。如果采用線(xiàn)性電源,電源電
流一般可取I 的1.1~1.3倍;如果采用開(kāi)關(guān)電源,電源電流一般可取I 的1.5~2.0倍。
13.混合式步進(jìn)電機驅動(dòng)器的脫機信號FREE一般在什么情況下使用?
當脫機信號FREE為低電平時(shí),驅動(dòng)器輸出到電機的電流被切斷,電機轉子處于自由狀態(tài)(脫機狀態(tài))。在有些自動(dòng)化設備中,如果在驅動(dòng)器不斷電的情況下要求直接轉動(dòng)電機軸(手動(dòng)方式),就可以將FREE信號置低,使電機脫機,進(jìn)行手動(dòng)操作或調節。手動(dòng)完成后,再將FREE信號置高,以繼續自動(dòng)控制。 14.如果用簡(jiǎn)單的方法調整兩相步進(jìn)電機通電后的轉動(dòng)方向?
只需將電機與驅動(dòng)器接線(xiàn)的A+和A-(或者B+和B-)對調即可。關(guān)于驅動(dòng)器的細分原理及一些相關(guān)說(shuō)明(轉載)在國外,對于步進(jìn)系統,主要采用二相混合式步進(jìn)電機及相應的細分驅動(dòng)器。 但在國內,廣大用戶(hù)對“細分”還不是特別了解,有的只是認為,細分是為了提高精度,其實(shí)不然,細分主要是改善電機的運行性能,現說(shuō)明如下:步進(jìn)電機的細分控制是由驅動(dòng)器精確控制步進(jìn)電機的相電流來(lái)實(shí)現的,以二相電機為例,假如電機的額定相電流為3A,如果使用常規驅動(dòng)器(如常用的恒流斬波方式)驅動(dòng)該電機,電機每運行一步,其繞組內的電流將從0突變?yōu)?A或從3A突變到0,相電流的巨大變化,必然會(huì )引起電機運行的振動(dòng)和噪音。如果使用細分驅動(dòng)器,在10細分的狀態(tài)下驅動(dòng)該電機,電機每運行一微步,其繞組內的電流變化只有0.3A而不是3A,且電流是以正弦曲線(xiàn)規律變化,這樣就大大的改善了電機的振動(dòng)和噪音,因此,在性能上的優(yōu)點(diǎn)才是細分的真正優(yōu)點(diǎn)。由于細分驅動(dòng)器要精確控制電機的相電流,所以對驅動(dòng)器要有相當高的技術(shù)要求和工藝要求,成本亦會(huì )較高。注意,國內有一些驅動(dòng)器采用“平滑”來(lái)取代細分,有的亦稱(chēng)為細分,但這不是真正的細分,望廣大用戶(hù)一
定要分清兩者的本質(zhì)不同:

15.“平滑”并不精確控制電機的相電流,只是把電流的變化率變緩一些,所以“平滑”并不產(chǎn)生微步,而細分的微步是可以用來(lái)精確定位的。

16.電機的相電流被平滑后,會(huì )引起電機力矩的下降,而細分控制不但不會(huì )引起電機力矩的下降,相反,力矩會(huì )有所增加。 17.兩相和五相的混合式步進(jìn)電機的應用場(chǎng)合有何不同? 問(wèn)題解答: 一般來(lái)說(shuō),兩相電機步距角大,高速特性好,但是存在低速振動(dòng)區。而五相電機步距角小,低速運行平穩。所以,在對電機的 運轉精度要求較高 ,且主要在中低速段(一般低于600轉/分) 的場(chǎng)合應選用五相電機;反之,若追求電機的高速性能,對精度及平穩性無(wú)太多要求的場(chǎng)合應選用成本較低的兩相電機。另外,五相電機的力矩通常在2NM以上,對小力矩的應用,一般采用兩相電機,而低速平穩性的問(wèn)題可以通過(guò)采用細分驅動(dòng)器的 方式解決。 和步進(jìn)電機相比,伺服電機有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢:
1、實(shí)現了位置,速度和力矩的閉環(huán)控制;克服了步進(jìn)電機失步的問(wèn)題;
2、高速性能好,一般額定轉速能達到2000~3000轉;
3、抗過(guò)載能力強,能承受三倍于額定轉矩的負載,對有瞬間負載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用;
4、低速運行平穩,低速運行時(shí)不會(huì )產(chǎn)生類(lèi)似于步進(jìn)電機的步進(jìn)運行現象。適用于有高速響應要求的場(chǎng)合;
5、電機加減速的動(dòng)態(tài)相應時(shí)間短,一般在幾十毫秒之內;6、發(fā)熱和噪音明顯降低。
 
附:步進(jìn)電機動(dòng)態(tài)指標及術(shù)語(yǔ):

1、步距角精度:

     步進(jìn)電機每轉過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示:誤差/步距角*100%。不同運行拍數其值不同,四拍運行時(shí)應在5%之內,八拍運行時(shí)應在15%以?xún)取?BR>
2、失步:

     電機運轉時(shí)運轉的步數,不等于理論上的步數。稱(chēng)之為失步。

3、失調角:

     轉子齒軸線(xiàn)偏移定子齒軸線(xiàn)的角度,電機運轉必存在失調角,由失調角產(chǎn)生的誤差,采用細分驅動(dòng)是不能解決的。

4、最大空載起動(dòng)頻率:

     電機在某種驅動(dòng)形式、電壓及額定電流下,在不加負載的情況下,能夠直接起動(dòng)的最大頻率。

5、最大空載的運行頻率:

     電機在某種驅動(dòng)形式,電壓及額定電流下,電機不帶負載的最高轉速頻率。

6、運行矩頻特性:

     電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線(xiàn)稱(chēng)為運行矩頻特性,這是電機諸多動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)中最重要的,也是電機選擇的根本依據。如下圖所示:

其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。

     電機一旦選定,電機的靜力矩確定,而動(dòng)態(tài)力矩卻不然,電機的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機運行時(shí)的平均電流(而非靜態(tài)電流),平均電流越大,電機輸出力矩越大,即電機的頻率特性越硬。

如下圖所示:

其中,曲線(xiàn)3電流最大、或電壓最高;曲線(xiàn)1電流最小、或電壓最低,曲線(xiàn)與負載的交點(diǎn)為負載的最大速度點(diǎn)。

要使平均電流大,盡可能提高驅動(dòng)電壓,使采用小電感大電流的電機。

7、電機的共振點(diǎn):

     步進(jìn)電機均有固定的共振區域,二、四相感應子式步進(jìn)電機的共振區一般在180-250pps之間(步距角1.8度)或在400pps左右(步距角為0.9度),電機驅動(dòng)電壓越高,電機電流越大,負載越輕,電機體積越小,則共振區向上偏移,反之亦然,為使電機輸出電矩大,不失步和整個(gè)系統的噪音降低,一般工作點(diǎn)均應偏移共振區較多。

8、電機正反轉控制:

     當電機繞組通電時(shí)序為AB-BC-CD-DA或()時(shí)為正轉,通電時(shí)序為DA-CA-BC-AB或()時(shí)為反轉。
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