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步进电机相关问题及电机参数含义介绍

步进电机相关问题及电机参数含义介绍

功效:


 本篇文章主要讲步进电机相关问题解释以及步进电机参数及含义

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步进电机相关问题解释

问题1 .什么是步进电机?

解答:

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)。您可以通过控制上位控制系统发出的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,从而达到调速的目的。基于上述优点,区别于普通异步电机而言,步进的应用领域多为自动化行业,可进行精确定位.

  

问题2. 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?

解答:

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)。建议用户:启动频率=2*运转一圈所需脉冲数

加减速曲线:
 
   除上述原因以外,产生啸叫声还可能是由于负载过大造成的,高速运转时电机的输出扭矩会下降,无法满足负载要求时电机发生堵转,并且啸叫声会随着频率的高低变化而变化,解决办法是降低转速或更换扭矩更大的电机。此外电机在高速运行停止后会出现短促的啸叫声,这是由对相电流进行斩波造成的,只需将驱动器面板上的自动半流设置为有效即可。

 

问题3. 步进电机是恒功率运行,伺服电机是恒转矩运行?

解答:

P=K*V*N                   P=UI               反电势

解释步进电机低速振动发热,而高速力矩小甚至堵转的原因.

 

问题4. 如何快速判断电机相序?

解答:

1.万用表;2.反电势法

 

问题5. 步进电机的外表温度允许达到多少?

解答:

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至于失步,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;一般来讲,磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上,有的甚至高达摄氏200度以上,所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

 

问题6. 步进电机精度为多少?是否累积?

解答:

一般步进电机的误差为步距角的3-5%,且不累积。

 

问题7. 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?

解答:

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,可通过改变减速比等机械传动避开共振区;
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;
C.换成步距角更小的步进电机,如三相或五相步进电机;
D.换成交流伺服电机,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。东方,三洋等电机有标配产品可选.
F.电机的相电流设置过大,此时需通过驱动器将电流值设置为适配值。

 

问题8. 步进电机如何分类,分哪几种?

解答:

步进电机按照电机结构分为三种: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;多半用于价格低廉的消费性产品。
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;
混进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、三相和五相:混进合式步进是工业运动控制应用最常见的电机。

步进电机的相数:
是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则'相数’将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。

 

问题9. 两相电机和四相电机有何不同?

解答:

真正的两相步进电机在定子上只有两个绕组,有4根出线,一般整步步距角为1.8度,半步为0.9度。在驱动器中,只要对两相绕组电流通断和电流方向进行控制就可以了。而四相步进电机在定子上有四个绕组,有8根出线,整步为0.9度,半步为0.45度,不过在驱动器中需要对四个绕组进行控制,电路的复杂性和成本都明显增加。所以一般我们都选择两相电机配两相驱动器,如果需要更小的步距角,可以采用细分驱动器。不过细心的用户会发现,四通电机公司生产的电机标称为两相,实际有两相4线的,也有四相8线的;驱动器中有两相的却没有四相的。这是因为,四相绕组两两并联或串联后就成为两相绕组,这样四相电机就变成两相电机了,而串联和并联会带来电机的绕组电阻和电感的成倍变化,从而带来电机运行性能的明显变化。一般来说,并联使用时,电机有较好的加速性能,高速力矩保持得好,但是电机需要输入2倍于额定电流的电流,发热较大,对驱动器输出能力的要求相应提高;而在串联使用时,电机有较好的低速稳定性,噪音和发热较小,对驱动器要求不高,但是高速力矩损失较大。四通提供的驱动器全部是两相的,所以电机也必须改接成两相使用。这就是为什么我们往往要问客户电机希望接成串联的还是并联的。过去我们的8线电机标成四相,但是经常造成客户误会,认为四相电机和两相驱动器不匹配,为了减少类似麻烦,后来将电机均标成两相的了。所以,我们有时简单回答这个问题:两相电机和四相电机实质上是一回事。

 

问题10. 改变驱动器细分数是否会提高步进电机的控制精度?

解答:

不能从根本上提高其控制精度,但在低速振动/噪音/温升等缺陷上可作改善.

 

问题11. 什么是保持转矩(HOLDING TORQUE)?

解答:

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。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最重要的参数之一。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。

 

问题12. 什么是DETENT TORQUE?

解答:

DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下,定子锁住转子的力矩。
DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式,也有电机厂家把这个参数称为定位转矩;由于反应式步进电机的转子不是永磁材料,所以它没有DETENT TORQUE。(齿槽转矩),雕刻机Z轴的设计.

 

问题13. 如何控制步进电机的转动方向?

解答:

当您的控制器(上位机)发出的是双脉冲(即正负脉冲)或脉冲信号的幅值不匹配时,需要用我们的信号模块转换为5V单脉冲(脉冲加方向)。
1).输入为双脉冲

信号模块的拨码开关应拨到“双脉冲”位置。当发正脉冲时,电机正转;当发负脉冲时,电机反转。正负脉冲不可同时给,具体时序可参照信号模块说明书。
2).输入为单脉冲

信号模块的拨码开关应拨到“单脉冲”位置。当有脉冲输出时电机转动,改变方向信号的高低电平可改变电机转动方向。具体时序可参照信号模块说明书。

 

问题14. 步进电机发热是否属于正常现象,一般温度范围是多少?

解答:

1)电机发热的原理:

我们通常见到的各类电机,内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻,通电会产生损耗,损耗大小与电阻和电流的平方成正比,这就是我们常说的铜损,如果电流不是标准的直流或正弦波,还会产生谐波损耗;铁心有磁滞涡流效应,在交变磁场中也会产生损耗,其大小与材料,电流,频率,电压有关,这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来,从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出,效率比较低,电流一般比较大,且谐波成分高,电流交变的频率也随转速而变化,因而步进电机普遍存在发热情况,且情况比一般交流电机严重。

2)步进电机发热的合理范围:
电机发热允许到什么程度,主要取决于电机内部绝缘等级。内部绝缘性能在高温下(130度以上)才会被破坏。所以只要内部不超过130度,电机不会损环,而这时表面温度会在90度以下。所以,步进电机表面温度在70-80度都是正常的。简单的温度测量方法有用点温计的,也可以粗略判断:用手可以触摸1-2秒以上,不超过60度;用手只能碰一下,大约在70-80度;滴几滴水迅速气化,则90度以上了。

3)步进电机发热随速度变化的情况:

采用恒流驱动技术时,步进电机在静态和低速下,电流会维持恒定,以保持恒力矩输出。速度高到一定程度,电机内部反电势升高,电流将逐步下降,力矩也会下降。因此,因铜损带来的发热情况就与速度相关了。静态和低速时一般发热高,高速时发热低。但是铁损(虽然占的比例较小)变化的情况却不尽然,而电机整个的发热是二者之和,所以上述只是一般情况。

4)发热带来的影响:

电机发热虽然一般不会影响电机的寿命,对大多数客户没必要理会。但是严重时会带来一些负面影响。如电机内部各部分热膨胀系数不同导致结构应力的变化和内部气隙的微小变化,会影响电机的动态响应,高速会容易失步。又如有些场合不允许电机的过度发热,如医疗器械和高精度的测试设备等。因此对电机的发热应当进行必要的控制。 5,如何减少电机的发热:减少发热,就是减少铜损和铁损。减少铜损有两个方向,减少电阻和电流,这就要求在选型时尽量选择电阻小和额定电流小的电机,对两相电机,能用串联的电机就不用并联电机。但是这往往与力矩和高速的要求相抵触。对于已经选定的电机,则应充分利用驱动器的自动半流控制功能和脱机功能,前者在电机处于静态时自动减少电流,后者干脆将电流切断。另外,细分驱动器由于电流波形接近正弦,谐波少,电机发热也会较少。减少铁损的办法不多,电压等级与之有关,高压驱动的电机虽然会带来高速特性的提升,但也带来发热的增加。所以应当选择合适的驱动电压等级,兼顾高速性,平稳性和发热,噪音等指标。

 

问题15. 步进电机如何选型?

解答: 

1)必要的客户咨询:运行转速/工作环境温度/负载大小/电源情况

2)如果对动态响应要求比较高,建议选择电机的转动惯量最好为负载转动惯量的2倍,否则只要负载的转动惯量小于电机的转动惯量即可。

3)与驱动器的匹配.

 

问题16. 驱动器接口:

解答:

1)常见的驱动方式:脉冲+方向;正转脉冲+翻转脉冲

2)限流电阻的选择:5VTTL电平(无电阻);12V电平(加1K电阻);24V电平(加2K电阻)



步进电机参数及含义


1、 步进角: 


    当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它所驱动步进电机按设定的方向转动的一个固定角度。


2、 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。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最重要的参数之一。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。


3、 DETENT TORQUE: 


    DETENT TORQUE是指步进电机没有通电的情况下,定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE在国内没有统一的翻译方式,容易使大家产生误解;由于反应式步进电机的转子不是永磁材料,所以它没有DETENT TORQUE。


4、 精度: 


    一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。


5、 空载启动频率: 


    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)。


6、 四相混合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接: 


    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。


7、 纹波电压: 


    纹波电压一般是指直流电源输出端含有交流电压是多少V,属称纹波电压或纹波系数。


8、 如何确定步进电机驱动器的直流供电电源:


     A.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。


     B.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。

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