▲步進電機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。也就是說,當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(即步進角、步距角)。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達到調(diào)速的目的。
◎步進電機分三種:永磁式(PM) ,反應(yīng)式(VR)和混合式(HB)
▲永磁式步進電機一般為兩相,轉(zhuǎn)矩和體積較小,步進角一般為7.5度 或15度;
▲反應(yīng)式步進電機一般為三相,可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出,步進角一般為0.75度。輸出轉(zhuǎn)矩較大,轉(zhuǎn)速也比較高。這種電機,在機床上使用較多。
▲保持轉(zhuǎn)矩(HOLDING TORQUE)是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時,定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機zui重要的參數(shù)之一,通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進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(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機zui重要的參數(shù)之一。比如,當人們說2N.m的步進電機,在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。
▲DETENT TORQUE 是指步進電機沒有通電的情況下,定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。通常稱為“定位力矩”。 DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式,容易使大家產(chǎn)生誤解;由于反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料,所以它沒有DETENT TORQUE。
▲一般步進電機的精度為步進角的3-5%,且不累積。
▲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zui高溫度應(yīng)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。
▲當步進電機轉(zhuǎn)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。
▲步進電機有一個技術(shù)參數(shù):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(zhuǎn)。在有負載的情況下,啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動,脈沖頻率應(yīng)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(zhuǎn)速從低速升到高速)。
▲步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點,一般可采用以下方案來克服:
◆A.如步進電機正好工作在共振區(qū),可通過改變減速比等機械傳動避開共振區(qū);
◆B.采用帶有細分功能的驅(qū)動器,這是zui常用的、zui簡便的方法;
◆C.換成步距角更小的步進電機,如三相或五相步進電機;
◆D.換成交流伺服電機,幾乎可以*克服震動和噪聲,但成本較高;
◆E.在電機軸上加磁性阻尼器,市場上已有這種產(chǎn)品,但機械結(jié)構(gòu)改變較大。
▲步進電機的細分技術(shù)實質(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電機的低頻振動,提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角1.8° 的兩相混合式步進電機,如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設(shè)置為4,那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45°,電機的精度能否達到或接0.45°,還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大;細分數(shù)越大精度越難控制。
▲四相混合式步進電機能夠采用單極性驅(qū)動和雙極性驅(qū)動兩種方式。例如:HSM8672驅(qū)動器是單極性驅(qū)動,HSM1524-8驅(qū)動器是雙極性驅(qū)動。通常用兩相驅(qū)動器就能夠驅(qū)動四相步進電機。因此,連接時可以采用串聯(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(zhuǎn)速較低的場合使用,此時需要的驅(qū)動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(zhuǎn)速較高的場合使用(又稱高速接法),所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的1.4倍,因而電機發(fā)熱較大。
▲A.電壓的確定:混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍(例如HSM1524-8的供電電壓為8~40VDC),電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)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驅(qū)動器的zui大輸入電壓,否則可能損壞驅(qū)動器。
▲B.電流的確定:供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流I來確定。如果采用線性電源,電源電流一般可取I 的1.1~1.3倍;如果采用開關(guān)電源,電源電流一般可取I 的1.5~2.0倍。通常,2A以上大電流步進電機,采用環(huán)形變壓器供電,比較理想。
▲當脫機信號FREE為低電平時,驅(qū)動器輸出到電機的電流被切斷,電機轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)(脫機狀態(tài))。在有些自動化設(shè)備中,如果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動電機軸(手動方式),就可以將FREE信號置低,使電機脫機,進行手動操作或調(diào)節(jié)。手動完成后,再將FREE信號置高,以繼續(xù)自動控制。
★★14.如何用簡單的方法調(diào)整兩相步進電機通電后的轉(zhuǎn)動方向?
▲只需將電機與驅(qū)動器接線的A+和A-(或者B+和B-)對調(diào)即可。
★★15.步進電機驅(qū)動器的細分原理是什么?
◆用于自動化運動控制系統(tǒng)中的步進電機,主要有二相、三相、四相、五相混合式步進電機。步進電機必須匹配相應(yīng)驅(qū)動器,才能夠接受控制器(CPU、PLC等)的數(shù)字信號。為了降低步進電機工作噪音,通常使用細分驅(qū)動器,尤其是在低速工作狀態(tài)時比較明顯。
◆很多人對“細分”還不是特別了解,有的只是認為,細分是為了提高精 度,其實不然,細分主要是改善電機的運行性能,現(xiàn)說明如下:步進電機的細分控制是由驅(qū)動器控制步進電機的相電流來實現(xiàn)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(guī)驅(qū)動器(如常用的恒流斬波方式)驅(qū)動該電機,電機每運行一步,其繞組內(nèi)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,必然會引起電機運行的振動和噪音。如果使用細分驅(qū)動器,在10細分的狀態(tài)下驅(qū)動該電機,電機每運行一微步,其繞組內(nèi)的電流變化只有0.3A 而不是3A ,且電流是以正弦曲線規(guī)律變化,這樣就大大的改善了電機的振動和噪音,因此,在性能上的優(yōu)點才是細分的真正優(yōu)點。由于細分驅(qū)動器要控制電機的相電流,所以對驅(qū)動器要有相當高的技術(shù)要求和工藝要求,成本亦會較高。注意,國內(nèi)有一些驅(qū)動器采用“平滑”來取代細分,有的亦稱為細分,但這不是真正的細分,望廣大用戶一定要分清兩者的本質(zhì)不同:
2.電機的相電流被平滑后,會引起電機力矩的下降,而細分控制不但不會引起電機力矩的下降,相反,力矩會有所增加。
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