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步進電機 我有新說法
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 步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)?/span>角位移線位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下,電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,而不受負載變化的影響,當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度,稱為“步距角”,它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度加速度,從而達到調速的目的。

  步進電機是一種感應電機,它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成分時供電的,多相時序控制電流,用這種電流為步進電機供電,步進電機才能正常工作,驅動器就是為步進電機分時供電的,多相時序控制器。


1分類

反應式:定子上有繞組、轉子由軟磁材料組成。結構簡單、成本低、步距角小,可達1.2°、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大,可靠性難保證。

永磁式:永磁式步進電機的轉子用永磁材料制成,轉子的極數與定子的極數相同。其特點是動態(tài)性能好、輸出力矩大,但這種電機精度差,步矩角大(一般為7.5°或15°)。

混合式:混合式步進電機綜合了反應式和永磁式的優(yōu)點,其定子上有多相繞組、轉子上采用永磁材料,轉子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好,步距角小,但結構復雜、成本相對較高。

   按定子上繞組來分,共有二相、三相和五相等系列。受歡迎的是兩相混合式步進電機,約占97%以上的*,其原因是性價比高,配上細分驅動器后效果良好。該種電機的基本步距角為1.8°/步,配上半步驅動器后,步距角減少為0.9°,配上細分驅動器后其步距角可細分達256倍(0.007°/微步)。由于摩擦力和制造精度等原因,實際控制精度略低。同一步進電機可配不同細分的驅動器以改變精度和效果。

2選擇方法

    進電機的主要參數之一。負載大時,需采用大力矩電機。力矩指標大時,電機外形也大。

  判斷電機運轉速度:轉速要求高時,應選相電流較大、電感較小的電機,以增加功率輸入。且在選擇驅動器時采用較高供電電壓。

    選擇電機的安裝規(guī)格:如57、86、110等,主要與力矩要求有關。

     確定定位精度和振動方面的要求情況:判斷是否需細分,需多少細分。

     根據電機的電流、細分和供電電壓選擇驅動器。

3基本原理

工作原理

     通常電機的轉子為永磁體,當電流流過定子繞組時,定子繞組產生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度,使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度。轉子也隨著該磁場轉一個角度。每輸入一個電脈沖,電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數成正比、轉速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序,電機就會反轉。所以可用控制脈沖數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。

發(fā)熱原理

         通常見到的各類電機,內部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻,通電會產生損耗,損耗大小與電阻和電流的平方成正比,這就是我們常說的銅損,如果電流不是標準的直流或正弦波,還會產生諧波損耗;鐵心有磁滯渦流效應,在交變磁場中也會產生損耗,其大小與材料,電流,頻率,電壓有關,這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來,從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出,效率比較低,電流一般比較大,且諧波成分高,電流交變的頻率也隨轉速而變化,因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況,且情況比一般交流電機嚴重。

4主要特點

1、一般步進電機的精度為步進角的3-5%,且不累積。

2、步進電機外表允許的高溫度。

     步進電機溫度過高首先會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高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點;一般來講,磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上,有的甚至高達攝氏200度以上,所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度*正常。

3、步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降。

當步進電機轉動時,電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢;頻率越高,反向電動勢越大。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。

4、步進電機低速時可以正常運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。

     步進電機有一個技術參數:空載啟動頻率,即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率,如果脈沖頻率高于該值,電機不能正常啟動,可能發(fā)生丟步或堵轉。在有負載的情況下,啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動,脈沖頻率應該有加速過程,即啟動頻率較低,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)。

     步進電動機以其顯著的特點,在數字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高,步進電機將會在更多的領域得到應用。

5主要特性

1、步進電機必須加驅動才可以運轉,驅動信號必須為脈沖信號,

沒有脈沖的時候,步進電機靜止,如果加入適當的脈沖信號,就會以一定的角度(稱為步角)轉動。轉動的速度和脈沖的頻率成正比。

2、三相步進電機的步進角度為7.5度,一圈360度,需要48個脈沖完成。

3、步進電機具有瞬間啟動和急速停止的*特性。

4、改變脈沖的順序,可以方便的改變轉動的方向。

     因此,打印機、繪圖儀、機器人等設備都以步進電機為動力核心。

6電動選擇

步進電機有步距角(涉及到相數)、靜轉矩、及電流三大要素組成。

1、步距角的選擇

電機的步距角取決于負載精度的要求,將負載的小分辨率(當量)換算到電機軸上,每個當量電機應走多少角度(包括減速)。電機的步距角應等于或小于此角度。市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度(五相電機)、0.9度/1.8度(二、四相電機)、1.5度/3度 (三相電機)等。

2、靜力矩的選擇

步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定,我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載,而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時(一般由低速)時二種負載均要考慮,加速起動時主要考慮慣性負載,恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下,靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好,靜力矩一旦選定,電機的機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,由于電流參數不同,其運行特性差別很大,可依據矩頻特性曲線圖,判斷電機的電流。

7注意事項

1、步進電機應用于低速場合---每分鐘轉速不超過1000轉,(0.9度時6666PPS),好在1000-3000PPS(0.9度)間使用,可通過減速裝置使其在此間工作,此時電機工作效率高,噪音低;

2、步進電機好不使用整步狀態(tài),整步狀態(tài)時振動大;

3、由于歷史原因,只有標稱為12V電壓的電機使用12V外,其他電機的電壓值不是驅動電壓伏值 ,可根據驅動器選擇驅動電壓(建議:57BYG采用直流24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V),當然12伏的電壓除12V恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源, 不過要考慮溫升;

4、轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機;

5、電機在較高速或大慣量負載時,一般不在工作速度起動,而采用逐漸升頻提速,一電機不失步,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,應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數的驅動器來解決,也可以采用5相電機,不過其整個系統(tǒng)的價格較貴,生產廠家少,其被淘汰的說法是外行話;

7、電機不應在振動區(qū)內工作,如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決;

8、電機在600PPS(0.9度)以下工作,應采用小電流、大電感、低電壓來驅動;

9、應遵循先選電機后選驅動的原則。

參考資料

參考資料編輯區(qū)域


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