步進(jìn)電動機和步進(jìn)驅(qū)動器的性能和作用

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯步進(jìn)電動機和步進(jìn)驅(qū)動器的性能和作用 1、步進(jìn)電動機的性能和工作方式步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移或線位移的一位電動元件，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器每接收一個脈沖掌握信號，即驅(qū)動步進(jìn)電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（步距角），故稱為步進(jìn)電機。非過載狀況下，電機的轉(zhuǎn)速和停止位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。利用這一線性關(guān)系，可以通過掌握給定信號的脈沖個數(shù)來掌握角位移量，從而達(dá)到精確定位的目的。同時可以掌握脈沖頻率來掌握電機的運轉(zhuǎn)速度，達(dá)到調(diào)速的目的。與一般電機相比，即具有調(diào)速性能，又具有較精確的定位功能，而且低速時的轉(zhuǎn)矩較大，調(diào)速范圍也更寬。在速

2、度和位置掌握系統(tǒng)中，步進(jìn)電機驅(qū)動系統(tǒng)具有運行牢靠、結(jié)構(gòu)簡潔、成本低、修理便利等優(yōu)點，其步距角不會因電壓、電流、溫度等因素而波動，可以做到快速啟動、反轉(zhuǎn)和制動。在機械制造、印刷、化工等工業(yè)掌握領(lǐng)域的應(yīng)用也極為廣泛。1）兩相步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)和工作原理目前常用的有兩相、三相、四相、五相步進(jìn)電機。相數(shù)，是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，電機相數(shù)不同，其步距角也不同。下面以以兩相步進(jìn)電機為例，對其結(jié)構(gòu)和工作原理作一簡要說明。圖1 二相步進(jìn)電機結(jié)構(gòu)與繞組電流回路圖步距角為0.9/1.8，即整步為1.8°，半步為0.9°。一臺步進(jìn)電機，相數(shù)（繞組數(shù)）是固定不變的，但可運行于二相四拍或二相八拍的兩種運

3、行模式下。當(dāng)運行于二相四拍模式下時，步矩角為1.8°，運行于二相八拍模式下時，步矩角為0.9°。當(dāng)采納帶細(xì)分的步進(jìn)驅(qū)動器時，其步矩角依據(jù)細(xì)分設(shè)定值而有更大范圍的變化。步進(jìn)電機的拍數(shù)：完成一個磁場周期變化所需要脈沖數(shù)（繞組導(dǎo)電狀態(tài)），指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)。上圖為二相四拍運行模式下的繞組電流回路圖，K1-K4四只開關(guān)按肯定次序通斷若為基本步單激勵方式任一時刻總是兩只開關(guān)閉合，只形成一相電流，則形成IABICDIBAIDC按四拍規(guī)律變化的繞組電流；若為兩相激勵方式同時形成兩相繞組電流，則形成IAB、ICDIBA 、ICDIBA、IDCIAB、IDC按四拍規(guī)律變化的繞組電

4、流。如掌握K1-K4開關(guān)按規(guī)律開通，使之形成按IABIAB、ICDICDIBAICDIBAIAB、IDCIDCIAB、IDC按8拍變化的繞組電流，則可使步進(jìn)電機工作于二相八拍的工作模式之下。實際的驅(qū)動電路步進(jìn)驅(qū)動器，即是將K1-K4換成了晶體管開關(guān)元件，掌握其通斷規(guī)律，完成對步進(jìn)電機的驅(qū)動任務(wù)。步進(jìn)電機須由步進(jìn)驅(qū)動器（由電子電路構(gòu)成）驅(qū)動，因而其工作模式和步矩角的大小，取決于步進(jìn)電機驅(qū)動器的相關(guān)設(shè)置。2）步進(jìn)電機驅(qū)動器的基本參數(shù)和特性a、供電電源，可據(jù)所驅(qū)動步進(jìn)電機的電源規(guī)格進(jìn)行選擇。溝通電源供電的，如AC80V，可用220V市電經(jīng)降壓變壓器，供應(yīng)給驅(qū)動器。選用變壓器時，須同時考慮電壓和電流兩

5、方面的工作參數(shù)。如電流值3A，由算式80V×3A=240VA得出的是視在功率值，達(dá)不到3A的實際輸出力量，應(yīng)將計算結(jié)果再乘以1.5以上的系數(shù)，選用220/80V，400VA以上的變壓器，作為電源輸入。二相電機的供電一般為1248V，b、輸出電流值。產(chǎn)品標(biāo)注值往往為峰能輸出力量，選用時，最低應(yīng)按步進(jìn)電機額定電流值的2倍以上。輸出電流的檔位，一般操作面板上的撥碼開關(guān)進(jìn)行人工整定，如0.9A-3A。這也是一種過載愛護(hù)整定，整定值可參考步進(jìn)電機的工作電流值。一般有8級整定檔次。c、勵磁方式：整步、半步、4細(xì)分、8細(xì)分、16細(xì)分、32細(xì)分、64細(xì)分。半步實際上是2細(xì)分，細(xì)分級別越高，步矩角越小

6、，而電機轉(zhuǎn)速越低。步進(jìn)驅(qū)動器的掌握面板，也設(shè)有細(xì)分撥碼開關(guān)，也對細(xì)分值進(jìn)行設(shè)置。d、保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）：是指步進(jìn)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(jìn)電機最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)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(jìn)電機最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機，在沒有特別說明的狀況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機。 2、步進(jìn)驅(qū)動器的電路構(gòu)成和工作原理 1）步進(jìn)電動機驅(qū)動器的電路構(gòu)成 圖2 步進(jìn)電動機驅(qū)動器的電路構(gòu)成步進(jìn)電動機驅(qū)動器的電路構(gòu)成如上圖。整

7、流電路將輸出AC電源，整流濾波為直流電壓，供應(yīng)穩(wěn)壓電源的供電，并作為逆變功率電路的輸入電源。部分小功率步進(jìn)電動機驅(qū)動器，直接取用外供直流電源，省去了整流電路這一環(huán)節(jié)。掌握電路以單片機（CPU）為核心，接收輸入端子進(jìn)入的掌握信號，和過流檢測電路輸入的愛護(hù)信號，輸出逆變電路所需的信號脈沖，并經(jīng)脈沖驅(qū)動電路進(jìn)行功率放大，驅(qū)動逆變功率電路的CMOS（或IGBT）功率開關(guān)管，使負(fù)載電動機產(chǎn)生相應(yīng)步進(jìn)動作。逆變功率電路，有些機型是由單管分立零件組成，有些則與整流電路等集成于一個功率模塊內(nèi)部。2）步進(jìn)電動機驅(qū)動器與步進(jìn)電動機和掌握線路的連接下圖3為兩相步進(jìn)電機驅(qū)動器的接線圖，掌握設(shè)備可以是plc的輸出回路，

8、也可以是其它電器設(shè)備。步進(jìn)電機驅(qū)動器最重要的掌握信號有兩個：脈沖信號和方向信號。脈沖信號打算步進(jìn)電動機的運轉(zhuǎn)速度，方向信號，打算步進(jìn)電動機的旋轉(zhuǎn)方向。不僅僅是PLC，任何設(shè)備只要能給出這兩個掌握信號，便能掌握步進(jìn)電機的步進(jìn)、轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)方向。從脈沖信號輸入腳輸入的是頻率可變的、脈沖個數(shù)可控的脈沖信號，這種信號可由純硬件電路或軟件程序生成；方向信號則為常規(guī)開關(guān)量信號。下面對步時電機驅(qū)動器的幾個掌握信號及其它接線做一簡要的說明。 圖3二相步進(jìn)電機驅(qū)動器接線圖a、脈沖信號輸入端（CP）：由掌握設(shè)備發(fā)送脈沖個數(shù)與頻率可變化的掌握脈沖，掌握步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)速，步進(jìn)距離；信號要求為矩形脈沖，脈沖寬度不低于6-1

9、0s，信號間隔大于6-10s，低電平幅值0-1V，高電平幅值達(dá)4-6V。工作方式，一般為脈沖邊沿觸發(fā)，每輸入一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)過一個步距角（步進(jìn)一次）。b、方向信號輸入端（CW/CCW）：輸入開關(guān)量電壓信號。端子開路狀態(tài)下，為靜態(tài)高電平，CP端子有脈沖信號輸入時，步進(jìn)電機正轉(zhuǎn)；掌握信號生效使方向輸入端為低電平常，在脈沖信號輸入期間，反轉(zhuǎn)。留意：該端子掌握回路，接通與斷開與否，步進(jìn)電機都有可能運轉(zhuǎn)，只是運轉(zhuǎn)方向不同罷了。機型不同，對應(yīng)正、反轉(zhuǎn)的電平值可能有所不同。如有的CW/CWW端子為高電平常，反轉(zhuǎn)。這兩個掌握端子一般為必接端子，即使只需一個轉(zhuǎn)向。接入方向掌握的目的，在單轉(zhuǎn)向時，相當(dāng)于啟/停

10、信號。c、脫機信號輸入端（FREE）：FREE指通電運行前步時進(jìn)電機的靜止力矩（鎖定轉(zhuǎn)子力矩）。一般步進(jìn)驅(qū)動器，在脈沖信號無輸出時，仍輸出一靜態(tài)直流電壓，產(chǎn)生靜止力矩以鎖住轉(zhuǎn)子不動。而當(dāng)有脫機信號時解除自鎖功能，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)并且不響應(yīng)脈沖信號輸入。在不斷電狀況下，要手動調(diào)整轉(zhuǎn)子位置時，為步進(jìn)驅(qū)動器輸入脫機信號，可使轉(zhuǎn)子解除鎖定狀態(tài)，進(jìn)行手動操作或調(diào)整，調(diào)整完畢后，再解除脫機信號。 留意：有些步進(jìn)驅(qū)動器，該端子定義為HOLD（勵磁掌握信號輸入），端子接通狀態(tài)下，有轉(zhuǎn)子鎖定力矩產(chǎn)生，步進(jìn)電機允許運行。端子開路狀態(tài)下，反而為脫機狀態(tài)。 d、故障信號輸出端（ERR）：為開路集電極輸出或接點輸出方式

11、，在過流、欠壓、過壓、電機連線接錯等故障發(fā)生時，步時驅(qū)動器停止輸出，同時發(fā)出故障報警信號。操作面板還有各種運行、故障指示燈，協(xié)作顯示步進(jìn)驅(qū)動器的工作狀態(tài)。 e、輸出接線端（A+/A-/B+/B-）與步進(jìn)電機的繞組引線對應(yīng)相連接。轉(zhuǎn)變電機轉(zhuǎn)向時，除轉(zhuǎn)變CW/CCW端子信號外，也可以用轉(zhuǎn)變輸出端子的方法來轉(zhuǎn)變電機轉(zhuǎn)向，將A+、A-端子互調(diào)，便使步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)變。f、供電電源端（AC80V或DC40V）：直流供電時，可采納儀用開關(guān)電源，留意電流供應(yīng)力量應(yīng)大于步進(jìn)電機的2倍；溝通供電時，可采納220V/80V或380V/80V降壓變壓器，電流供應(yīng)力量應(yīng)大于步進(jìn)電機的1.5倍以上。假如負(fù)載較輕，轉(zhuǎn)速也

12、要求較低，而步進(jìn)電機與驅(qū)動器的供電電壓范圍又寬，可以適當(dāng)降低電源供電電壓，以延長電機和驅(qū)動器的壽命。3、步進(jìn)電動機驅(qū)動器檢修電路 圖4.二相步進(jìn)電動機驅(qū)動器的檢修電路 可以用NE555時基電路做一個簡潔的振蕩器，作為步進(jìn)電動機的脈沖調(diào)速信號。步進(jìn)驅(qū)動器需要AC220V電源時，建議用隔離變壓器隔離后送入，以保障檢修過程中的人身平安；如手頭有步進(jìn)電動機最好，若無，可接入照明燈泡兩只，用作輸出指示，或直接用萬用表測量推斷輸出狀態(tài)；步進(jìn)電動機的端子輸入信號回路（內(nèi)部電路為光耦合器），需外供電源。一般要求為5V電壓級別。當(dāng)信號回路的電壓高于5V時，需串接限流電阻，如上圖中串接的R2、R3電阻，以避開內(nèi)部器件產(chǎn)生損壞。