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步进电机的使用特性与工作特点,步进电机的选用选型及其注意事项

作者:时间:2017-10-22来源:网络

  步进是一种感应,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进供电,才能正常工作,驱动器就是为分时供电的,多相时序控制器。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201710/367430.htm

  又称为脉冲电机,基于最基本的电磁铁原理,它是一种可以自由回转的电磁铁,其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。其原始模型是起源于年至年间。年前后开始以控制为目的的尝试,应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电机。二十世纪初,在电话自动交换机中广泛使用了步进电机。由于西方资本主义列强争夺殖民地,步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后,由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现,步进电机的控制方式更加灵活多样。

  

  步进电机的使用特性与工作特点

  1、工作特点

  (1)步进电机受控于脉冲电流,其输出的角位移严格与输入脉冲的数量成正比,角速度严格与频率成正比,改变通电顺序即可改变电机的转动方向;

  (2)若维持通电绕组的电流不变,电机便停在某一位置不动,即步进电机具有自锁能力,不需机械制动;

  (3)有一定的步距精度,没有累积误差;

  (4)缺点是效率低。

  2、使用特性

  (1)步距误差

  步距误差直接影响执行部件的定位精度。步进电机单相通电时,步距误差决定于定子和转子的分齿精度、各相定子错位角度的精度。多相通电时,步距角不仅和上述加工装配精度有关还和各相电流的大小、磁路性能等因素有关。国产步进电机的步距误差一般为±10′~±15′,功率步进电机的步距误差一般为±20′~±25′。

  (2)最高启动频率和最高工作频率

  空载时,步进电机由静止突然启动,并不失步地进入稳速运行,所允许的启动频率的最高值称为最高启动频率。启动频率大于此值时步进电机便不能正常运行。最高启动频率fg与步进电机的惯性负载J 有关,J增大则fg将下降。国产步进电机的fg最大可超过5000Hz,功率步进电机的fg一般为1000~3000Hz。步进电机连续运行时所能接受的最高频率称为最高工作频率它与步距角一起决定执行部件的最大运动速度,也和fg一样决定于负载惯量J,还与定子相数、通电方式、控制电路的功率放大级等因素有关。

  (3)输出的转矩-频率特性

  步进电机的定子绕组本身就是一个电感性负载,输入频率越高,激磁电流就越小。另外,频率越高,由于磁通量的变化加剧,以致铁芯的涡流损失加大。因此,输入频率增高后,输出力矩Md要降低。功率步进电机最高工作频率的输出转矩只能达到低频转矩的40%~50%,应根据负载要求参照高频输出转矩来选用步进电机的规格。

  

  步进电机的选用选型及其注意事项

  在选择步进电机时可以按以下步骤进行选择,这样可以避免选型不当带来的麻烦。具体如下,仅供参考。

  1、步进电机转矩的选择

  步进电机的保持转矩,近似于传统电机所称的“功率”。当然,有着本质的区别。步进电动机的物理结构,完全不同于交流、直流电机,电机的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大小(即所要带动物体的扭力大小),来选择哪种型号的电机。大致说来,扭力在0.8N.m以下,选择20、28、35、39、42(电机的机身直径或方度,单位:mm);扭力在1N.m左右的,选择57电机较为合适。扭力在几个N.m或更大的情况下,就要选择86、110、130等规格的步进电机。

  2、步过电机转速的选择

  对于电机的转速也要特别考虑。因为,电机的输出转矩,与转速成反比。就是说,步进电机在低速(每分钟几百转或更低转速,其输出转矩较大),在高速旋转状态的转矩(1000转/分--9000转)就很小了。当然,有些工况环境需要高速电机,就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标进行衡量。选择电感稍小一些的电机,作为高速电机,能够获得较大输出转矩。反之,要求低速大力矩的情况下,就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。

  3、步进电机空载起动频率的选择

  步进电机空载起动频率,通常称为“空起频率”。这是选购电机比较重要的一项指标。如果要求在瞬间频繁启动、停止,并且,转速在1000转/分钟左右(或更高),通常需要“加速启动”。如果需要直接启动达到高速运转,最好选择反应式或永磁电机。这些电机的“空起频率”都比较高。

  4、步进电机的相数选择

  步进电机的相数选择,这项内容,很多客户几乎没有什么重视,大多是随便购买。其实,不同相数的电机,工作效果是不同的。相数越多,步距角就能够做的比较小,工作时的振动就相对小一些。大多数场合,使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境,选择三相步进电机是比较实用的。

  5、针对步进电机使用环境来选择

  特种步进电机能够防水、防油,用于某些特殊场合。例如水下机器人,就需要放水电机。对于特种用途的电机,就要针对性选择了。

  6、根据您的实际情况可否需要特殊规格

  特殊规格的步进电机,请和我们沟通,在技术允许的范围内,加工订货。例如,出轴的直径、长短、伸出方向等。

  7、如有必要最好与厂家的技术工程师进一步沟通与确认型号

  如有必要最好与厂家的技术工程师进一步沟通,以便于确认你要选择的步进机电能否满足你所要求各方面的指标。

  

  步进电机的选择

  步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定,步进电机的型号便确定下来了。

  1、步距角的选择

  电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上,每个当量电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度(五相电机)、0.9度/1.8度(二、四相电机)、1.5度/3度(三相电机)等。

  2、静力矩的选择

  步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好,静力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸)

  3、电流的选择

  静力矩一样的电机,由于电流参数不同,其运行特性差别很大,可依据矩频特性曲线图,判断电机的电流(参考驱动电源、及驱动电压)

  4、力矩与功率换算

  步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的,一般只用力矩来衡量,力矩与功率换算如下:

  P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60

  其P为功率单位为瓦,Ω为每秒角速度,单位为弧度,n为每分钟转速,M为力矩单位为牛顿·米

  P=2πfM/400(半步工作)

  其中f为每秒脉冲数(简称PPS)

  

  应用中的注意点

  1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转,(0.9度时6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)间使用,可通过减速装置使其在此间工作,此时电机工作效率高,噪音低。

  2、步进电机最好不使用整步状态,整步状态时振动大。

  3、由于历史原因,只有标称为12V电压的电机使用12V外,其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ,可根据驱动器选择驱动电压(建议:57BYG采用直流24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V),当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源,不过要考虑温升。

  4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。

  5、电机在较高速或大惯量负载时,一般不在工作速度起动,而采用逐渐升频提速,一电机不失步,二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。

  6、高精度时,应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决,也可以采用5相电机,不过其整个系统的价格较贵,生产厂家少,其被淘汰的说法是外行话。



关键词: 电机 步进电机

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