「常見機械小知識」步進電機與伺服電機使用心得,你都明白麼?

「常見機械小知識」步進電機與伺服電機使用心得,你都明白麼?

1、發現步進電機定位不準怎麼辦 在調機過程中發現定位不準現象怎麼辦?把它拿下來唄!沒什麼可談的是吧!一般有以下幾方面原因引起: 1、改變方向時丟脈衝,表現為往任何一個方向都準,但一改變方向就累計偏差,並且次數越多偏得越多; 2、初速度太高,加速度太大,引起有時丟步; 3、在用同步帶的場合軟件補償太多或太少; 4、馬達力量不夠; 5、控制器受干擾引起誤動作; 6、驅動器受干擾引起; 7、軟件缺陷; 針對以上問題分析如下: 1)一般的步進驅動器對方向和脈衝信號都有一定的要求,如:方向信號在第一個脈衝上升沿或下降沿(不同的驅動器要求不一樣)到來前數微秒被確定,否則會有一個脈衝所運轉的角度與實際需要的轉向相反,最後故障現象表現為越走越偏,細分越小越明顯,解決辦法主要用軟件改變發脈衝的邏輯或加延時。 2)由於步進電機特點決定初速度不能太高,尤其帶的負載慣量較大情況下,建議初速度在1r/s以下,這樣衝擊較小,同樣加速度太大對系統衝擊也大,容易過沖,導致定位不準;電機正轉和反轉之間應有一定的暫停時間,若沒有就會因反向加速度太大引起過沖。 3)根據實際情況調整被償參數值,(因為同步帶彈性形變較大,所以改變方向時需加一定的補償)。 4)適當地增大馬達電流,提高驅動器電壓(注意選配驅動器)選扭矩大一些的馬達。 5)系統的干擾引起控制器或驅動器的誤動作,我們只能想辦法找出干擾源,降低其干擾能力(如屏蔽,加大間隔距離等),切斷傳播途徑,提高自身的抗干擾能力,常見措施: ①用雙紋屏蔽線代替普通導線,系統中信號線與大電流或大電壓變化導線分開佈線,降低電磁干擾能力。 ②用電源濾波器把來自電網的干擾波濾掉,在條件許可下各大用電設備的輸入端加電源濾波器,降低系統內各設備之間的干擾。 ③設備之間最好用光電隔離器件進行信號傳送,在條件許可下,脈衝和方向信號最好用差分方式加光電隔離進行信號傳送。在感性負載(如電磁繼電器、電磁閥)兩端加阻容吸收或快速洩放電路,感性負載在開頭瞬間能產生10~100倍的尖峰電壓,如果工作頻率在20KHZ以上。 6)軟件做一些容錯處理,把干擾帶來影響消除。

2、步進電機用驅動器細分後,它的驅動脈衝由什麼決定?

1、二相步進電機的每轉脈衝數=200*細分數

2、三相步進電機的每轉脈衝數=驅動器上標示的脈衝數

3、步進電機驅動器細分的作用是什麼呢?~

步進電機驅動器細分的主要作用是提高步進電機的精確率。

通常細分有2,4,8,16,32,62,128,256,512....

在國外,對於步進系統,主要採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”還不是特別瞭解,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精確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(如常用的恆流斬波方式)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。由於細分驅動器要精確控制電機的相電流,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,國內有一些驅動器採用“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”並不精確控制電機的相電流,只是把電流的變化率變緩一些,所以“平滑”並不產生微步,而細分的微步是可以用來精確定位的。

2.電機的相電流被平滑後,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。

4、關於步進電機的知識

步進電機各相輪流接入整步電流後所產生的步距角叫做該步進電機的基本步距角。 F 相步進電機有 F 個繞組,這 F 個繞組要均勻地鑲嵌在定子上,因此定子的磁極數必定是 F 的整數倍,因此,轉子轉一圈的步數應該是 F 的整數倍;也就是說:3 相步進電機轉一圈的步數是 3 的整數倍,4 相步進電機轉一圈的步數是 4 的整數倍,5相步進電機轉一圈的步數是 5 的整數倍;如果步進電機的基本步距角為 A ,轉一圈的步數是 M ,步進電機的相數是 F 則有下述關係: A=360/M 由於上述機械對稱原理,M 必然是相數 F 的整數倍,即: M=N*F 其中 N 是正整數。跟據以上分析可以看出,基本步距角是不能取任意值的。我們往往希望步進電機轉一圈為 100 步或其倍數,這在 2/4 相和 5 相步進電機容易做到,但對於三相步進電機其基本步距角不可能做到轉一圈為 100 步或 200 步,但可以是 300 步。

有些廠家所標的三相步進電機的步距角為 1.2 度或 3 度,相當每圈 300 步或 120 步,是 3 的整數倍,這種標註很正常。有些廠家所標註的三相步進電機的步距角為 1.8/0.9/0.72/0.36 度,相當每圈 200/400/500/1000 步,不是 3 的整數倍,所以這些廠家所標註的不是步進電機的基本步距角,而是步進驅動器每輸入一個步進脈衝時步進電機的轉角,或是步進電機轉一圈時,步進驅動器輸入的脈衝個數;其實這是步進驅動器帶來的功能,廠家標註到步進電機上了;這種標註方法很容易造成迷惑,甚至有一些步進電機的銷售商自己都講不清楚.

5、步進電機和伺服電機的相數如何區分?

步進電機的細分是對電機本身而言還是對控制器而言?

細分是把驅動器發給電機的脈衝信號進行了細分,比如不加細分每個脈衝信號電機轉1.8度,加2細分,每個脈衝電機轉0.9度。所謂“相數”,就是線圈組數。所謂細分,就是驅動器在接到控制發來的每一個脈衝時,只給電機發幾分之一個脈衝(用“脈衝”這個詞不準確,實際是正弦波一個週期的幾分之一)。

修改

6、分辨5線單極性步進電機接頭

為了找出5線單極性步進電機各條引線的正確配置,事先需要做一番實際上很簡單的考察。圖1給出了5線步進電機的基本引線配置。 為了找出正確的引線順序並使電機轉動,需要一塊電池和一段膠帶(當然也需要一個5引線步進電機)。備好記號筆來標註引線以便分辨它們。按以下步驟操作: ①用數字萬用表找到公共線。其他引線與 公共線之間的電阻測量值都相同。 將此線連接到電池的V 。5V或6V就足夠測試用了。 ②膠帶粘貼到步進電機的輸出鈾上,並使它垂直於軸端伸出成為一個標誌。此標誌的作用在於判斷電機是否轉動。 ③任意挑出一條引線稱之為相1。若將此線接地,則電機輸出軸將做輕微的轉動。現在步進電機被鎖定在相1的位置上。 ④取另一根引線並將其接地,仔細觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向右輕微地旋轉,那麼此根引線是相2。 ⑤取另一根線並將其接地,仔細觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向左輕微地旋轉,那麼此根引線是相4。如圖4所示。 ⑥再取另一根線並將其接地,仔細觀察輸出軸上膠帶的運動狀態。如果輸出軸不旋轉,那麼此根引線就是相3。

附:步進電機動態指標及術語:

1、步距角精度:

步進電機每轉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%。不同運行拍數其值不同,四拍運行時應在5%之內,八拍運行時應在15%以內。

2、失步:

電機運轉時運轉的步數,不等於理論上的步數。稱之為失步。

3、失調角:

轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度,電機運轉必存在失調角,由失調角產生的誤差,採用細分驅動是不能解決的。

4、最大空載起動頻率:

電機在某種驅動形式、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:

電機在某種驅動形式,電壓及額定電流下,電機不帶負載的最高轉速頻率。

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係的曲線稱為運行矩頻特性,這是電機諸多動態曲線中最重要的,也是電機選擇的根本依據。如下圖所示:

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,而動態力矩卻不然,電機的動態力矩取決於電機運行時的平均電流(而非靜態電流),平均電流越大,電機輸出力矩越大,即電機的頻率特性越硬。

其中,曲線3電流最大、或電壓最高;曲線1電流最小、或電壓最低,曲線與負載的交點為負載的最大速度點。

要使平均電流大,儘可能提高驅動電壓,使採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域,二、四相感應子式步進電機的共振區一般在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,不失步和整個系統的噪音降低,一般工作點均應偏移共振區較多。

8、電機正反轉控制:當電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA或()時為正轉,通電時序為DA-CA-BC-AB或()時為反轉。

步進電機原理(一)

步進電機是將電脈衝信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下,電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝信號的頻率和脈衝數,而不受負載變化的影響,即給電機加一個脈衝信號,電機則轉過一個步距角。這一線性關係的存在,加上步進電機只有週期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應用,但步進電機並不能象普通的直流電機,交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈衝信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易事,它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。目前,生產步進電機的廠家的確不少,但具有專業技術人員,能夠自行開發,研製的廠家卻非常少,大部分的廠家只一、二十人,連最基本的設備都沒有。僅僅處於一種盲目的仿製階段。這就給戶在產品選型、使用中造成許多麻煩。籤於上述情況,我們決定以廣泛的感應子式步進電機為例。敘述其基本工作原理。望能對廣大用戶在選型、使用、及整機改進時有所幫助。

感應子式步進電機工作原理(一)反應式步進電機原理由於反應式步進電機工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應式步進電機原理。

1、結構:電機轉子均勻分佈著很多小齒,定子齒有三個勵磁繞阻,其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。0、1/3て、2/3て,(相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以て表示),即A與齒1相對齊,B與齒2向右錯開1/3て,C與齒3向右錯開2/3て,A‘與齒5相對齊,(A‘就是A,齒5就是齒1)

旋轉:如A相通電,B,C相不通電時,由於磁場作用,齒1與A對齊,(轉子不受任何力以下均同)。如B相通電,A,C相不通電時,齒2應與B對齊,此時轉子向右移過1/3て,此時齒3與C偏移為1/3て,齒4與A偏移(て-1/3て)=2/3て。如C相通電,A,B相不通電,齒3應與C對齊,此時轉子又向右移過1/3て,此時齒4與A偏移為1/3て對齊。 如A相通電,B,C相不通電,齒4與A對齊,轉子又向右移過1/3て這樣經過A、B、C、A分別通電狀態,齒4(即齒1前一齒)移到A相,電機轉子向右轉過一個齒距,如果不斷地按A,B,C,A……通電,電機就每步(每脈衝)1/3て,向右旋轉。如按A,C,B,A……通電,電機就反轉。由此可見:電機的位置和速度由導電次數(脈衝數)和頻率成一一對應關係。而方向由導電順序決定。不過,出於對力矩、平穩、噪音及減少角度等方面考慮。往往採用A-AB-B-BC-C-CA-A這種導電狀態,這樣將原來每步1/3て改變為1/6て。甚至於通過二相電流不同的組合,使其1/3て變為1/12て,1/24て,這就是電機細分驅動的基本理論依據。不難推出:電機定子上有m相勵磁繞阻,其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。並且導電按一定的相序電機就能正反轉被控制——這是步進電機旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以製造任何相的步進電機,出於成本等多方面考慮,市場上一般以二、三、四、五相為多。 3、力矩:電機一旦通電,在定轉子間將產生磁場(磁通量Ф)當轉子與定子錯開一定角度產生力F與(dФ/dθ)成正比

其磁通量Ф=Br*S Br為磁密,S為導磁面積F與L*D*Br成正比L為鐵芯有效長度,D為轉子直徑Br=N稩/RN稩為勵磁繞阻安匝數(電流乘匝數)R為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數*磁密成正比(只考慮線性狀態)因此,電機有效體積越大,勵磁安匝數越大,定轉子間氣隙越小,電機力矩越大,反之亦然。

二)感應子式步進電機

1、特點:感應子式步進電機與傳統的反應式步進電機相比,結構上轉子加有永磁體,以提供軟磁材料的工作點,而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能,因此該電機效率高,電流小,發熱低。因永磁體的存在,該電機具有較強的反電勢,其自身阻尼作用比較好,使其在運轉過程中比較平穩、噪音低、低頻振動小。感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四相運行,也可以作二相運行。(必須採用雙極電壓驅動),而反應式電機則不能如此。例如:四相,八相運行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)完全可以採用二相八拍運行方式.不難發現其條件為C= ,D= . 一個二相電機的內部繞組與四相電機完全一致,小功率電機一般直接接為二相,而功率大一點的電機,為了方便使用,靈活改變電機的動態特點,往往將其外部接線為八根引線(四相),這樣使用時,既可以作四相電機使用,可以作二相電機繞組串聯或並聯使用。

2、分類感應子式步進電機以相數可分為:二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號(電機外徑)可分為:42BYG(BYG為感應子式步進電機代號)、57BYG、86BYG、110BYG、(國際標準),而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國內標準。

3、步進電機的靜態指標術語相數:產生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數。常用m表示。拍數:完成一個磁場週期性變化所需脈衝數或導電狀態用n表示,或指電機轉過一個齒距角所需脈衝數,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.步距角:對應一個脈衝信號,電機轉子轉過的角位移用θ表示。θ=360度(轉子齒數J*運行拍數),以常規二、四相,轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步),八拍運行時步距角為θ=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)。定位轉矩:電機在不通電狀態下,電機轉子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的)靜轉矩:電機在額定靜態電作用下,電機不作旋轉運動時,電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積(幾何尺寸)的標準,與驅動電壓及驅動電源等無關。雖然靜轉矩與電磁激磁安匝數成正比,與定齒轉子間的氣隙有關,但過份採用減小氣隙,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熱及機械噪音。

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