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匠人手记

 匠人观点: 好记性不如烂笔头  
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步进电机原理及使用说明二
程序匠人 发表于 2006-9-7 0:21:00  阅读全文 | 回复(0) | 引用通告 | 编辑

 

7、电机的共振点:

      步进电机均有固定的共振区域,二、四相感应子式步进电机的共振区一般在180-250pps之间(步距角1.8度)或在400pps左右(步距角为0.9度),电机驱动电压越高,电机电流越大,负载越轻,电机体积越小,则共振区向上偏移,反之亦然,为使电机输出电矩大,不失步和整个系统的噪音降低,一般工作点均应偏移共振区较多。

 8、电机正反转控制:

      当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或()时为正转,通电时序为DA-CA-BC-AB或()时为反转。

三、驱动控制系统组成

      使用、控制步进电机必须由环形脉冲,功率放大等组成的控制系统,其方框图如下:

1、脉冲信号的产生。

      脉冲信号一般由单片机或CPU产生,一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右,电机转速越高,占空比则越大。

2、信号分配

      我厂生产的感应子式步进电机以二、四相电机为主,二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种,具体分配如下:二相四拍为,步距角为1.8度;二相八拍为,步距角为0.9度。四相电机工作方式也有二种,四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度;四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为0.9度)。

3、功率放大

      功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流(而样本上的电流均为静态电流)。平均电流越大电机力矩越大,要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的的驱动方式,到目前为止,驱动方式一般有以下几种:恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。

      为尽量提高电机的动态性能,将信号分配、功率放大组成步进电机的驱动电源。我厂生产的SH系列二相恒流斩波驱动电源与单片机及电机接线图如下:

说明:

    CP      接CPU脉冲信号(负信号,低电平有效)

    OPTO    接CPU+5V

    FREE     脱机,与CPU地线相接,驱动电源不工作

    DIR      方向控制,与CPU地线相接,电机反转

    VCC      直流电源正端

    GND      直流电源负端   

     A       接电机引出线红线

          接电机引出线绿线 

     B       接电机引出线黄线

           接电机引出线蓝线

      步进电机一经定型,其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高,力距越大则要求电机的电流越大,驱动电源的电压越高。电压对力矩影响如下:

 4、细分驱动器

      在步进电机步距角不能满足使用的条件下,可采用细分驱动器来驱动步进电机,细分驱动器的原理是通过改变相邻(A,B)电流的大小,以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。

四、步进电机的应用

(一)步进电机的选择

      步进电机有步距角(涉及到相数)、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定,步进电机的型号便确定下来了。

1、步距角的选择

      电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上,每个当量电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度(五相电机)、0.9度/1.8度(二、四相电机)、1.5度/3度 (三相电机)等。

2、静力矩的选择

      步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好,静力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸)

3、电流的选择

      静力矩一样的电机,由于电流参数不同,其运行特性差别很大,可依据矩频特性曲线图,判断电机的电流(参考驱动电源、及驱动电压)

      综上所述选择电机一般应遵循以下步骤:

  

 

 

4、力矩与功率换算

     步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的,一般只用力矩来衡量,力矩与功率换算如下:

                P= Ω·M

                  Ω=2π·n/60

                   P=2πnM/60

     其P为功率单位为瓦,Ω为每秒角速度,单位为弧度,n为每分钟转速,M为力矩单位为牛顿·米

               P=2πfM/400(半步工作)

     其中f为每秒脉冲数(简称PPS)

(二)、应用中的注意点

      1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转,(0.9度时6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)间使用,可通过减速装置使其在此间工作,此时电机工作效率高,噪音低。

      2、步进电机最好不使用整步状态,整步状态时振动大。

      3、由于历史原因,只有标称为12V电压的电机使用12V外,其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ,可根据驱动器选择驱动电压(建议:57BYG采用直流24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V),当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源, 不过要考虑温升。

      4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。

      5、电机在较高速或大惯量负载时,一般不在工作速度起动,而采用逐渐升频提速,一电机不失步,二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。

      6、高精度时,应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决,也可以采用5相电机,不过其整个系统的价格较贵,生产厂家少,其被淘汰的说法是外行话。

      7、电机不应在振动区内工作,如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。

      8、电机在600PPS(0.9度)以下工作,应采用小电流、大电感、低电压来驱动。

        9、应遵循先选电机后选驱动的原则。

五、其他说明

     有关低频振动、升降速、机械共振、工作往复运动的误差、平面圆弧X、Y插补误差以及其他问题。具体解决办法恕不便在此叙述,我厂用户可来电咨询,可根据具体情况解决。

     不同厂家的电机在设计、使用材料及加工工艺方面差别很大,选用步进电机应注重可靠性而轻性能、重品质而轻价格。

     注:本说明的编制者刘建中,89年毕业于哈尔滨工业大学微特电机及控制电器专业,一直从事步进电机驱动系统的研究、制造及销售工作,解决过几百个客户提出的近百个步进电机及使用的各种问题。    

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