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步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗一點講: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(及步進角)。您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;同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的。
2.步進電機分哪幾種?
步進電機分三種:永磁式(PM) ,反應式(VR)和混合式(HB)
永磁式步進一般為兩相,轉矩和體積較小,步進角一般為7.5度 或15度;
反應式步進一般為三相,可實現大轉矩輸出,步進角一般為1.5度,但噪聲和振動都很大。在歐美等發達80年代已被淘汰;混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相和五相:兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進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)是指步進電機通電但沒有轉動時,定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數之一,通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。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,所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。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矩為2N.m的步進電機。
4.什么是DETENT TORQUE?
DETENT TORQUE 是指步進電機沒有通電的情況下,定子鎖住轉子的力矩。
DETENT TORQUE 在國內沒有統一的翻譯方式,容易使大家產生誤解;由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料,所以它沒有DETENT TORQUE。
5.步進電機精度為多少?是否累積?
一般步進電機的精度為步進角的3-5%,且不累積。
6.步進電機的外表溫度允許達到多少?
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更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度完全正常。
7.為什么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。
8.為什么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)。
9.如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉時的振動和噪聲?
步進電機低速轉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,可通過改變減速比等機械傳動避開共振區;
B.采用帶有細分功能的驅動器,這是最常用的、最簡便的方法;
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,幾乎可以完全克服震動和噪聲,但成本較高;
E.在電機軸上加磁性阻尼器,市場上已有這種產品,但機械結構改變較大。
10.細分驅動器的細分數是否能代表精度?
步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術(請參考有關文獻),其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動,提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8° 的兩相混合式步進電機,如果細分驅動器的細分數設置為4,那么電機的運轉分辨率為每個脈沖0.45°,電機的精度能否達到或接近0.45°,還取決于細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大;細分數越大精度越難控制。
11.四相混合式步進電機與驅動器的串聯接法和并聯接法有什么區別?
四相混合式步進電機一般由兩相驅動器來驅動,因此,連接時可以采用串聯接法或并聯接法將四相電機接成兩相使用。串聯接法一般在電機轉速較的場合使用,此時需要的驅動器輸出電流為電機相電流的0.7倍,因而電機發熱小;并聯接法一般在電機轉速較高的場合使用(又稱高速接法),所需要的驅動器輸出電流為電機相電流的1.4倍,因而電機發熱較大。
12.如何確定步進電機驅動器的直流供電電源?
A.電壓的確定:混合式步進電機驅動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍(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驅動器的更大輸入電壓,否則可能損壞驅動器。
B.電流的確定:供電電源電流一般根據驅動器的輸出相電流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;如果采用開關電源,電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。
13.混合式步進電機驅動器的脫機信號FREE一般在什么情況下使用?
當脫機信號FREE為低電平時,驅動器輸出到電機的電流被切斷,電機轉子處于自由狀態(脫機狀態)。在有些自動化設備中,如果在驅動器不斷電的情況下要求直接轉動電機軸(手動方式),就可以將FREE信號置低,使電機脫機,進行手動操作或調節。手動完成后,再將FREE信號置高,以繼續自動控制。
14.如果用簡單的方法調整兩相步進電機通電后的轉動方向?
只需將電機與驅動器接線的A+和A-(或者B+和B-)對調即可。
關于驅動器的細分原理及一些相關說明:
在國外,對于步進系統,主要采用二相混合式步進電機及相應的細分驅動器。
但在國內,廣大用戶對“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,現說明如下:步進電機的細分控制是由驅動器控制步進電機的相電流來實現的,以二相電機為例,假如電機的額定相電流為3A,如果使用常規驅動器(如常用的恒流斬波方式)驅動該電機,電機每運行一步,其繞組內的電流將從0突變為3A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。如果使用細分驅動器,在10細分的狀態下驅動該電機,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規律變化,這樣就大大的改善了電機的振動和噪音,因此,在性能上的優點才是細分的真正優點。由于細分驅動器要控制電機的相電流,所以對驅動器要有相當高的技術要求和工藝要求,成本亦會較高。注意,國內有一些驅動器采用“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不同:
1.“平滑”并不控制電機的相電流,只是把電流的變化率變緩一些,所以“平
滑”并不產生微步,而細分的微步是可以用來定位的。
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。
