【 步進(jìn)電機(jī)知識介紹
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步進(jìn)電機(jī)的基本原理
步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”),它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī),利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn),廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。
現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)(VR)、永磁式步進(jìn)電機(jī)(PM)、混合式步進(jìn)電機(jī)(HB)和單相式步進(jìn)電機(jī)等。
永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相,轉(zhuǎn)矩和體積較小,步進(jìn)角一般為7.5度 或15度;
反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相,可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出,步進(jìn)角一般為1.5度,但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵磁繞組,利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式步進(jìn)電機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相步進(jìn)電機(jī)和五相步進(jìn)電機(jī):兩相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)角一般為
0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛,也是本次細(xì)分驅(qū)動方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。
步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù):
步進(jìn)電機(jī)固有步距角:
它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號,步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。步進(jìn)電機(jī)出廠時給出了一個步距角的值,如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°(表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°),這個步距角可以稱之為‘步進(jìn)電機(jī)固有步距角’,它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時的真正步距角,真正的步距角和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器有關(guān)。
步進(jìn)電機(jī)的相數(shù):
是指步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù),目前常用的有二相步進(jìn)電機(jī)、三相步進(jìn)電機(jī)、四相步進(jìn)電機(jī)、五相步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)相數(shù)不同,其步距角也不同,一般二相步進(jìn)電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相步進(jìn)電機(jī)的為0.75°/1.5°、五相步進(jìn)電機(jī)的為0.36°/0.72°
。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時,用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動器,則‘相數(shù)’將變得沒有意義,用戶只需在步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù),就可以改變步距角。
保持轉(zhuǎn)矩(HOLDING
TORQUE):
是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時,定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一,通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如,當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī),在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。
DETENT TORQUE:
是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下,定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。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(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料,所以它沒有DETENT TORQUE。
步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn):
1.一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%,且不累積。
2.步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。
步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使步進(jìn)電機(jī)的磁性材料退磁,從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步,因此步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同步進(jìn)電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn);一般來講,磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上,有的甚至高達(dá)攝氏200度以上,所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。
3.步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。
當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時,步進(jìn)電機(jī)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(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小,從而導(dǎo)致力矩下降。
4.步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。
步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù):空載啟動頻率,即步進(jìn)電機(jī)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(jī)不能正常啟動,可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下,啟動頻率應(yīng)更低。如果要使步進(jìn)電機(jī)達(dá)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(步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速)。
步進(jìn)電機(jī)以其顯著的特點(diǎn),在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高,步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
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