步進電機和驅(qū)動器_圖文

1、步進電機 1. 步進電機結(jié)構(gòu): 8個線圈變成了 4組線圈。 2. 步進電機主要參數(shù) 3. 步進電機的分類步進電機從其結(jié)構(gòu)形式上可分為反應(yīng)式步進電機 (Variable Reluctance , VR 、永磁式步進電機 Permanent Magnet,PM、混合式步進電機(Hybrid Stepping,HS 、 單相步進電機、 平面步進電機等多種類型 , 在我國所采用的步進 電機中以反應(yīng)式步進電機為主。反應(yīng)式:定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。 結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小,可達 1.2°、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大, 可靠性難保證永磁式(PM :永磁式步進電機的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成

2、,轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。 一般是兩相, 轉(zhuǎn)矩和體積較小其特點是動態(tài)性能好、 輸出力矩大, 但這種電機精度差,步矩角大(一般為 7.5°或 15°。反應(yīng)式 (VR:一般為三相,步距角一般為 1.5度,噪聲和振動大,歐美發(fā) 達國家已經(jīng)被淘汰?；旌鲜?(HB:一般是兩相、五相,兩相 1.8度,五相 0.72度?；旌鲜讲?進電機綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點, 其定子上有多相繞組、 轉(zhuǎn)子上采用永磁材 料, 轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。 其特點是輸出力矩大、 動態(tài)性 能好,步距角小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對較高。按定子上繞組來分, 共有二相、 三相和五相等系列。 最受歡迎的

3、是兩相混 合式步進電機,約占 97%以上的市場份額,其原因是性價比高,配上細分驅(qū)動器 后效果良好。該種電機的基本步距角為 1.8°/步(每步 1.8DEG, 轉(zhuǎn)一圈 360DEG 需要 200步,配上半步驅(qū)動器后,步距角減少為 0.9°,配上細分驅(qū)動器后其 步距角可細分達 256倍(0.007°/微步。由于摩擦力和制造精度等原因,實際 控制精度略低。同一步進電機可配不同細分的驅(qū)動器以改變精度和效果。3. 原理步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機 件。 在非超載的情況下, 電機的轉(zhuǎn)速、 停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈 沖數(shù), 而不受負

4、載變化的影響, 當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號, 它就驅(qū)動步 進電機按設(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 的角度一步一步運行的。 可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量, 從而達到準確 定位的目的; 同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度, 從而 達到調(diào)速的目的。步進電機是一種感應(yīng)電機,它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成 分時供電的, 多相時序控制電流, 用這種電流為步進電機供電, 步進電機才能正 常工作,驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的,多相時序控制器。雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用,但步進電機并不能像普通的直流電機,交 流電機在常規(guī)下使用。 它必須由雙

5、環(huán)形脈沖信號、 功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng) 方可使用。(相關(guān)術(shù)語:靜態(tài)指標術(shù)語1、相數(shù):產(chǎn)生不同對極 N 、 S 磁場的激磁線圈對數(shù)。常用 m 表示。2、 拍數(shù):完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n 表示, 或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù), 以四相電機為例, 有四相四拍運行方式即 AB-BC-CD-DA-AB ,四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。3、步距角:對應(yīng)一個脈沖信號,電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用 表示。 =360度 /(轉(zhuǎn)子齒數(shù) *運行拍數(shù) , 以常規(guī)二、 四相, 轉(zhuǎn)子齒為 50齒電機為例。 四拍運行時步距角為 =360度 /(50*4 =1.8度

6、(俗稱整步,八拍運行時步距 角為 =360度 /(50*8 =0.9度(俗稱半步。4、定位轉(zhuǎn)矩:電機在不通電狀態(tài)下,電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由 磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的。5、靜轉(zhuǎn)矩:電機在額定靜態(tài)電作用下,電機不作旋轉(zhuǎn)運動時,電機 轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。 此力矩是衡量電機體積的標準, 與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比, 與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān), 但過分采用減 小氣隙, 增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的, 這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。動態(tài)指標術(shù)語1、步距角精度:步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤 差。用百分比表示:誤差 /步距角 *100%。不同運

7、行拍數(shù)其值不同,四拍運行時應(yīng) 在 5%之內(nèi),八拍運行時應(yīng)在 15%以內(nèi)。2、失步:電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù),不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。3、失調(diào)角:轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度,電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角,由失 調(diào)角產(chǎn)生的誤差,采用細分驅(qū)動是不能解決的。4、最大空載起動頻率:電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下,在不加負載 的情況下,能夠直接起動的最大頻率。5、最大空載的運行頻率:電機在某種驅(qū)動形式,電壓及額定電流下,電機不帶 負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。6、運行矩頻特性:電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲 線稱為運行矩頻特性, 這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的, 也是電機選擇的根本 依據(jù)

8、。其它特性還有慣頻特性、 起動頻率特性等。 電機一旦選定, 電機的靜力矩確定, 而動態(tài)力矩卻不然, 電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流 (而非靜態(tài)電 流,平均電流越大,電機輸出力矩越大,即電機的頻率特性越硬。要使平均電 流大,盡可能提高驅(qū)動電壓,采用小電感大電流的電機。7、電機的共振點:步進電機均有固定的共振區(qū)域,二、四相感應(yīng)子式的共振區(qū) 一般在 180-250pps 之間 (步距角 1.8度 或在 400pps 左右 (步距角為 0.9度 , 電機驅(qū)動電壓越高,電機電流越大,負載越輕,電機體積越小,則共振區(qū)向上偏 移,反之亦然,為使電機輸出電矩大,不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低,一般工作

9、點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。8、電機正反轉(zhuǎn)控制:當電機繞組通電時序為 AB-BC-CD-DA 或 (時為正轉(zhuǎn),通電 時序為 DA-CD-BC-AB 或 (時為反轉(zhuǎn)。4. 步進電機的接線(1兩相步進電機接線圖1繞組接線兩相步進電機有兩個繞組 (相數(shù)即繞組數(shù) , 先判斷哪兩根線是一個 繞組。判斷方法:最簡單的方法:把電機的任意兩根線短接,轉(zhuǎn)動軸,如果發(fā) 現(xiàn)阻力變大了, 說明這兩根線是一個繞組, 剩余的兩根線是另一個饒組, 然后直 接接在驅(qū)動器的 A 相和 B 相, 如果反轉(zhuǎn)把 A 相的兩根線調(diào)換一下就行用萬用表 判斷,通電的就是一根繞組。 2 PUL 、 DIR 接 PLC 方法:共陽極接法、共陰極接法

10、、差分方式接法。下圖是連接的控制器。 6和 8線電機接線方法: 4線電機和 6線電機高速度模式:輸出電流設(shè)成等于或略小于電機額定電流值;6線電機高力矩模式:輸出電流設(shè)成電機額定電流的 0.7倍;8線電機并聯(lián)接法:輸出電流應(yīng)設(shè)成電機單極性接法電流的 1.4倍;8線電機串聯(lián)接法:輸出電流應(yīng)設(shè)成電機單極性接法電流的 0.7倍。 三菱 PLC 與步進電機驅(qū)動器接線圖 (2 8線 4相步進電機接線方法有兩種接法:串聯(lián)和并聯(lián),串聯(lián)好理解,并聯(lián)就是分成兩組,一組里面的兩 相進行交叉相連。 確定線圈極性的方法 5. 步進電機的選型1選型步驟 1. 電機的步距角取決于負載精度的要求,將負載的最小分辨率(當量換算

11、到電機軸上, 每 個當量電機應(yīng)走多少角度 (包括減速。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。 目前市場上步 進電機的步距角一般有 0.36度 /0.72度(五相電機、 0.9度 /1.8度(二、四相電機、 1.5度 /3度(三相電機等。2. 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定, 我們往往先確定電機的靜力矩。 靜力矩選擇的依據(jù) 是電機工作的負載, 而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。 單一的慣性負載和單一的摩擦 負載是不存在的。直接起動時(一般由低速 時二種負載均要考慮,加速起動時主要考慮慣 性負載,恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下,靜力矩應(yīng)為摩擦負載的 2-3倍內(nèi)好, 靜力矩一旦選定,電機的機座

12、及長度便能確定下來(幾何尺寸3. 進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用, 一般只用力矩來衡量, 速度越快力矩就越小, 其功率 是變化的。沒有功率這一說法,只說保持轉(zhuǎn)矩(指步進電機通電,但沒有轉(zhuǎn)動時,定子鎖住 轉(zhuǎn)子的力矩,通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩力矩與功率換算如下: P= ·M =2·n/60 P=2nM/60 其 P 為功率單位為瓦, 為每秒角速度, 單位為弧度, n 為每分鐘轉(zhuǎn)速, M 為力矩單位為牛頓·米 P=2fM/400(半步工作 其中 f 為每秒脈沖數(shù)(簡稱 PPS2具體方法判斷需多大力矩:靜扭矩是選擇步進電機的主要參數(shù)之一。負載大時, 需采用大

13、力矩電機。力矩指標大時,電機外形也大。判斷電機運轉(zhuǎn)速度:轉(zhuǎn)速要求高時,應(yīng)選相電流較大、電感較小的電機, 以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動器時采用較高供電電壓。選擇電機的安裝規(guī)格:如 57、 86、 110等,主要與力矩要求有關(guān)。 確定定位精度和振動方面的要求情況:判斷是否需細分,需多少細分。 根據(jù)電機的 電流 、細分和供電電壓選擇 驅(qū)動器 。6. 步進電機調(diào)試步進電機驅(qū)動器 1. 簡介步進電機驅(qū)動器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。 當步進驅(qū)動器 接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設(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行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖

14、個 數(shù)來控制角位移量, 從而達到準確定位的目的; 同時可以通過控制脈沖頻率來控 制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達到調(diào)速和定位的目的。2. 型號F 3 5 2 21、 F 表示步進驅(qū)動器2、表示相數(shù), 2表示兩相, 3表示 3相3、 5表示電流 5安培4、 22表示電壓 220V3. 步距角 4. 驅(qū)動器設(shè)置(1細分選擇電流等級選擇控制信號的選擇連接 A+、 A-、 B+、 B-電源選擇控制信號的電壓電流的選擇根據(jù)步進電機電流的大小進行設(shè)置控制信號的選擇,分別為脈沖輸入端、脈沖方向、脫機信號、公共端 電源選擇一般為 24v ,接 DC+、 DC-(這是外部電源給定控制信號的電壓一般為 5V (這是外部電源給定,當是 24V 的時候, 需要串聯(lián)一個 2.4K 的電阻細分設(shè)置 調(diào)整撥碼開關(guān)進行設(shè)置細分，根據(jù)脈沖數(shù)/每圈，有的驅(qū)動器顯示的是細 分數(shù)（1、2、4、8、16、32、64、128），有的顯示的脈沖數(shù)/r。如下圖。 細分規(guī)則 在沒有細分數(shù)時，也就是細分數(shù)是 1 時，步進驅(qū)動器的脈沖腳，每接收一 個脈沖，步進電機轉(zhuǎn)動 1.8°，如果細分數(shù)為 2 時，步進驅(qū)動器的脈沖腳，每接 收一個脈沖，步進電機轉(zhuǎn)動 1.8°/2=0.9°，這樣就能使一些控制更加的精確。 步進