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步进电机-常见问题

返回列表 来源: 发布日期: 2018.07.13

一、什么是步进电机?在何种情况下该使用步进电机?

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。

您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达调速的目的。因此在需要准确定位或调速控制时均可考虑使用步进电机。

二、步进电机分哪几种?有什么区别?

步进电机分三种:永磁式(PM),反应式(VR)和混合式(HB)

永磁式步进一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度;(消耗功率小)

反应式步进一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰。(步距角小,运行频率高)

混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相四相和五相:两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛,发展最快。(本司的电机几乎都为混合式)

三、什么是保持转矩(HOLDING TORQUE)?

保持转矩(HOLDING TORQUE)是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一,通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。保持转矩越大则电机带负载能力越强。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减,输出功率也随速度的增大而变化,所以保持转矩就成为了衡量步进电机重要的参数之一。比如,当人们说2N.M的步进电机,在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.M的步进电机。

四、步进电机的驱动方式有几种?

一般来说,步进电机有恒压,恒流驱动两种,恒压驱动已近淘汰,目前普遍使用恒流驱动。

五、步进电机精度为多少?是否累积?

一般步进电机的精度为步进角的3-5%。步进电机单步的偏差并不会影响到下一步的精度因此步进电机精度不累积。

六、步进电机的外表温度允许达到多少?

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降甚至于丢失。因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;一般来说,磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上,因此步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

 七、为什么步进电机的力矩会随转速升高而下降?

当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。

八、为什么步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声?

步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程 ,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。我们建议空载启动频率选定为电机运转一圈所需脉冲数的2倍。

九、步进电机增加转矩的方法?

A. 加减速器可以有效地增大转矩

B. 三相的比两相的精度高,两相的比三相的力矩大。

步进电机在低速时增加转矩的方法

1.选择步距角小的步进电机:在低速时转矩随转子齿数增加而变大。选择步距角小的步进电机能获得高转矩。实际上HB型转子齿数如为 50齿,永久磁铁的漏磁将增加,但不会成比例,此结论在100 齿以下均有效。三相HB 型步进电机从1.2°(转子50 齿)改为 0.6°(转子100齿),约增加 1.4 1.8 倍的低速转矩。

2.双极型接线:效率能改善2倍。市场上很容易买到两相单极型或双极型步进电机,但双极型的驱动功率管比单极型的多。

步进电机在高速时增加转矩的方法

1.降低匝数,使L减小:在电机厂商的标准产品中选择电感 L小的,额定电流会变大。下图为保持低速时输入相同,改变绕组匝数的两相HB 型步进电机的速度- 转矩特性的比较。在高速时,额定电流越大(安匝数相同,匝数少),电机转矩越大(电机为两相、HB型、 1. 8 °、 56mm、长54mm)。

2.永久磁铁的磁通要小:如生产厂家无法减小永久磁铁,可以增加气隙,使高速时降低反电势,增加电流,使转矩增大,使速度-转矩特性从低速到高速变成一条直线,提高高速时的转矩,同时响应频率也增加。

3.选择步距角大的电机:使高速时的转矩得到有效的提高,请参考《电机选择:从转速来选用步进电机》中步距角0.6°和 1.2°的转矩曲线。

十、如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声?

步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点,一般可采用以下方案来克服:

A、如步进电机正好工作在共振区,可通过改变减速比提高步进电机运行速度。

B、采用带有细分功能的驱动器,这是最常用的,最简便的方法。因为细分型驱动器电机的相电流变流较半步型平缓。

C、换成步距角更小的步进电机,如三相或五相步进电机,或两相细分型步进电机。

D、换成直流或交流伺服电机,几乎可以完全克服震动和噪声,但成本较高。

E、在电机轴上加磁性阻尼器,市场上已有这种产品,但机械结构改变较大。

十一、细分驱动器的细分数是否能代表精度?

步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术(请参考有关文献),其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为1.8度的两相混合式步进电机,如果细分驱动器的细分数设置为4,那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45度,电机的精度能否达到或接近0.45度,还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大;细分数越大精度越难控制。普通的开环步进电机实际是无法分辨这个精度的。高的细分只能保证运行平滑,减少振动和噪音。如果对平稳性和精度要求不高,但对转速要求很高的话。建议用中低细分确保每秒发出的脉冲数能满足速度需要。且在实际使用时,如果转速很低情况下,应该选高细分,确保平滑,减少振动和噪音。

十二、四相驱动合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别?

四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动,因此,连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联接法一般在电机转速较低的场合使用。此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍,因而电机发热小;并联接法一般在电机转速较高的场合使用(又称高速接法),所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍,因而电机发热较大。

十三、如何确定步进电机驱动器直流供电电源?

A、供电电源供电电压的确定 混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围(比如IM483的供电电压为12-48VDC),电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快,那么电压取值也高,但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压,否则可能损坏驱动器。如果电机工作转速较低,则可以考虑电压选取较低值。

B、供电电源输出电流的确定 供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源,电源电流一般可取I的1.1-1.3倍;如果采用开关电源,电源电流一般可取I的1.5-2.0倍。如果一个供电源同时给几个驱动器供电,则应考虑供电电源的电流应适当加倍。

十四、混合式步进电机驱动器的使能信号MF(Ena)一般在什么情况下使用?  

当接入使能信号或者MF(Ena)为低电平时,驱动器输出到电机的电流被切断,电机转子处于自由状态(脱机状态)。在有些自动化设备中,如果在驱动器不断电的情况下要求可以用手动直接转动电机轴,就可以接入使能信号或者将 MF(Ena)置低,使电机脱机,进行手动操作或调节。手动完成后,再断开使能信号或者将MF(Ena)信号置高,以继续自动控制。

十五、如何用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向?

只需将电机与驱动器接线的A+和A-(或者B+和B-)对调即可。                               

十六、对IP的含义的解释如下       

IP(INTERNATIONAL PROTECTION)防护等级系统是由IEC(INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION)所起草。将电器依其防尘防湿气之特性加以分级。这里所指的外物含工具,人的手指等均不可接触到电器内之带电部分,以免触电。IP防护等级是由两个数字所组成,1个数字表示电器离尘、防止外物侵入的等级,第2个数字表示电器防湿气、防水侵入的密闭程度,娄字越大表示其防护等级越高,两个标示数字所表示的防护等级如表一及表二。

表一:第一个标示特性号码(数字)所指的防护程度

防护等级

简称

定义

0

无防护

对外界的人或物无特殊的防护

1

防护大于50mm的固体

防止人体(如手掌)因意外而接触到电器内部的零件,防止较大尺寸(直径大于50mm)的外物侵入

2

防护大于2mm的固体

防止人的手指接触到电器内部的零件,防止中等尺寸(直径大于12.5mm)的外物侵入

3

防护大于2.5mm的固体

防止直径或厚度大于2.5mm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件

4

防护大于1mm的固体

防止直径或厚度大于1.0mm的工具、电线及类似的小型外物侵入而接触到电器内部的零件

5

防尘

完全防止外物侵入,虽不能完全防止灰尘侵入,但灰尘的侵入量不会影响电器的正常运作

6

尘密

完全防止外物及灰尘侵入


表二:第二个标示特性号码(数字)所指的防护程度

防护等级

简称

定义

0

无防护

对水或湿气无特殊的防护

1

防止水滴浸入

垂直落下的水滴(如凝结水)不会对电器造成损坏

2

倾斜15度时,仍可防止水滴浸入

当电器由垂直倾斜至15度时,滴水不会对电器造成损坏

3

防止喷洒的水浸入

防雨或防止与垂直的夹角小于60度的方向所喷洒的水侵入电器而造成损坏

4

防止飞溅的水浸入

防止各个方向飞溅而来的水侵入电器而造成损坏

5

防止喷射的水浸入

防持续至少3分钟的低压喷水

6

防止大浪的水浸入

防持续至少3分钟的大量喷水

7

防止浸水时水的浸入

在深达1米的水中防30分钟的浸泡影响

8

防止沉没时水的浸入

在深度超过1米的水中防持续浸泡影响。准确的条件由制造商针对各设备指定。

十七、什么是电机绝缘等级?

表示电机所用的绝缘材料及绝缘结构,允许工作的最高温度。电机绝缘结构耐热等级分为5等,如下表:


绝缘等级

A

E

B

F

H

允许最高温度

105

120

130

155

180

注:工业用的伺服电机或步进电机,一般的绝缘等级为B级。

十八、美制电线标准AWG与公制、英制单位对照

在硬件设计和线缆选型过程中,我们经常会碰到诸如16AWG、18AWG、24AWG、26AWG等等表示电缆直径的方法。实际上AWG(American Wire Gauge)是美制电线标准的简称,AWG值是导线厚度(以英寸计)的函数 。一般以下表表示AWG与公制、英制单位的对照。其中,4/0表示0000,3/0表示000,2/0表示00,1/0表示0。例如,常用的电话线直径为26AWG,约为0.4mm。

AWG

外径

截面积(mm2 

电阻值(W/Km

AWG


外径

截面积(mm2 

电阻值(W/Km

公制mm

英制inch

公制mm

英制inch

4/0

11.68

0.46

107.22

0.17

22

0.643

0.0253

0.3247

54.3

3/0

10.40

0.4096

85.01

0.21

23

0.574

0.0226

0.2588

48.5

2/0

9.27

0.3648

67.43

0.26

24

0.511

0.0201

0.2047

89.4

1/0

8.25

0.3249

53.49

0.33

25

0.44

0.0179

0.1624

79.6

1

7.35

0.2893

42.41

0.42

26

0.404

0.0159

0.1281

143

2

6.54

0.2576

33.62

0.53

27

0.361

0.0142

0.1021

128

3

5.83

0.2294

26.67

0.66

28

0.32

0.0126

0.0804

227

4

5.19

0.2043

21.15

0.84

29

0.287

0.0113

0.0647

289

5

4.62

0.1819

16.77

1.06

30

0.254

0.0100

0.0507

361

6

4.11

0.1620

13.30

1.33

31

0.226

0.0089

0.0401

321

7

3.67

0.1443

10.55

1.68

32

0.203

0.0080

0.0316

583

8

3.26

0.1285

8.37

2.11

33

0.18

0.0071

0.0255

944

9

2.91

0.1144

6.63

2.67

34

0.16

0.0063

0.0201

956

10

2.59

0.1019

5.26

3.36

35

0.142

0.0056

0.0169

1,200

11

2.30

0.0907

4.17

4.24

36

0.127

0.0050

0.0127

1,530

12

2.05

0.0808

3.332

5.31

37

0.114

0.0045

0.0098

1,377

13

1.82

0.0720

2.627

6.69

38

0.102

0.0040

0.0081

2,400

14

1.63

0.0641

2.075

8.45

39

0.089

0.0035

0.0062

2,100

15

1.45

0.0571

1.646

10.6

40

0.079

0.0031

0.0049

4,080

16

1.29

0.0508

1.318

13.5

41

0.071

0.0028

0.0040

3,685

17

1.15

0.0453

1.026

16.3

42

0.064

0.0025

0.0032

6,300

18

1.02

0.0403

0.8107

21.4

43

0.056

0.0022

0.0025

5,544

19

0.912

0.0359

0.5667

26.9

44

0.051

0.0020

0.0020

10,200

20

0.813

0.0320

0.5189

33.9

45

0.046

0.0018

0.0016

9,180

21

0.724

0.0285

0.4116

42.7

46

0.041

0.0016

0.0013

16,300

由表中得到的AWG与英寸的关系如下:

AWG = Alog10 inch- B

其中, -19.93156857,B  9.73724。

 

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