步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器_圖文

1、步進(jìn)電機(jī) 1. 步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu): 8個(gè)線圈變成了 4組線圈。 2. 步進(jìn)電機(jī)主要參數(shù) 3. 步進(jìn)電機(jī)的分類步進(jìn)電機(jī)從其結(jié)構(gòu)形式上可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī) (Variable Reluctance , VR 、永磁式步進(jìn)電機(jī) Permanent Magnet,PM、混合式步進(jìn)電機(jī)(Hybrid Stepping,HS 、 單相步進(jìn)電機(jī)、 平面步進(jìn)電機(jī)等多種類型 , 在我國(guó)所采用的步進(jìn) 電機(jī)中以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)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(jiǎn)單、成本低、步距角小,可達(dá) 1.2°、但動(dòng)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(jìn)電機(jī)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(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好、 輸出力矩大, 但這種電機(jī)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(dòng)大,歐美發(fā) 達(dá)國(guó)家已經(jīng)被淘汰。混合式 (HB:一般是兩相、五相,兩相 1.8度,五相 0.72度?；旌鲜讲?進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn), 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(gè)小齒以提高步矩精度。 其特點(diǎn)是輸出力矩大、 動(dòng)態(tài)性 能好,步距角小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。按定子上繞組來(lái)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(jìn)電機(jī),約占 97%以上的市場(chǎng)份額,其原因是性價(jià)比高,配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器 后效果良好。該種電機(jī)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(dòng)器后,步距角減少為 0.9°,配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后其 步距角可細(xì)分達(dá) 256倍(0.007°/微步。由于摩擦力和制造精度等原因,實(shí)際 控制精度略低。同一步進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器以改變精度和效果。3. 原理步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī) 件。 在非超載的情況下, 電機(jī)的轉(zhuǎn)速、 停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈 沖數(shù), 而不受負(fù)

4、載變化的影響, 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào), 它就驅(qū)動(dòng)步 進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的。 可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量, 從而達(dá)到準(zhǔn)確 定位的目的; 同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度, 從而 達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī),它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成 分時(shí)供電的, 多相時(shí)序控制電流, 用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電, 步進(jìn)電機(jī)才能正 常工作,驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的,多相時(shí)序控制器。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用,但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī),交 流電機(jī)在常規(guī)下使用。 它必須由雙

5、環(huán)形脈沖信號(hào)、 功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng) 方可使用。(相關(guān)術(shù)語(yǔ):靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)1、相數(shù):產(chǎn)生不同對(duì)極 N 、 S 磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用 m 表示。2、 拍數(shù):完成一個(gè)磁場(chǎng)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(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù), 以四相電機(jī)為例, 有四相四拍運(yùn)行方式即 AB-BC-CD-DA-AB ,四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。3、步距角:對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào),電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用 表示。 =360度 /(轉(zhuǎn)子齒數(shù) *運(yùn)行拍數(shù) , 以常規(guī)二、 四相, 轉(zhuǎn)子齒為 50齒電機(jī)為例。 四拍運(yùn)行時(shí)步距角為 =360度 /(50*4 =1.8度

6、(俗稱整步,八拍運(yùn)行時(shí)步距 角為 =360度 /(50*8 =0.9度(俗稱半步。4、定位轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在不通電狀態(tài)下,電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由 磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的。5、靜轉(zhuǎn)矩:電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下,電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí),電機(jī) 轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。 此力矩是衡量電機(jī)體積的標(biāo)準(zhǔn), 與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)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(guò)分采用減 小氣隙, 增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的, 這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。動(dòng)態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)1、步距角精度:步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤 差。用百分比表示:誤差 /步距角 *100%。不同運(yùn)

7、行拍數(shù)其值不同,四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng) 在 5%之內(nèi),八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。2、失步:電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角,由失 調(diào)角產(chǎn)生的誤差,采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。4、最大空載起動(dòng)頻率:電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下,在不加負(fù)載 的情況下,能夠直接起動(dòng)的最大頻率。5、最大空載的運(yùn)行頻率:電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式,電壓及額定電流下,電機(jī)不帶 負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。6、運(yùn)行矩頻特性:電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲 線稱為運(yùn)行矩頻特性, 這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的, 也是電機(jī)選擇的根本 依據(jù)

8、。其它特性還有慣頻特性、 起動(dòng)頻率特性等。 電機(jī)一旦選定, 電機(jī)的靜力矩確定, 而動(dòng)態(tài)力矩卻不然, 電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流 (而非靜態(tài)電 流,平均電流越大,電機(jī)輸出力矩越大,即電機(jī)的頻率特性越硬。要使平均電 流大,盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓,采用小電感大電流的電機(jī)。7、電機(jī)的共振點(diǎn):步進(jìn)電機(jī)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(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高,電機(jī)電流越大,負(fù)載越輕,電機(jī)體積越小,則共振區(qū)向上偏 移,反之亦然,為使電機(jī)輸出電矩大,不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低,一般工作

9、點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。8、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制:當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)?AB-BC-CD-DA 或 (時(shí)為正轉(zhuǎn),通電 時(shí)序?yàn)?DA-CD-BC-AB 或 (時(shí)為反轉(zhuǎn)。4. 步進(jìn)電機(jī)的接線(1兩相步進(jìn)電機(jī)接線圖1繞組接線兩相步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)繞組 (相數(shù)即繞組數(shù) , 先判斷哪兩根線是一個(gè) 繞組。判斷方法:最簡(jiǎn)單的方法:把電機(jī)的任意兩根線短接,轉(zhuǎn)動(dòng)軸,如果發(fā) 現(xiàn)阻力變大了, 說(shuō)明這兩根線是一個(gè)繞組, 剩余的兩根線是另一個(gè)饒組, 然后直 接接在驅(qū)動(dòng)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(wàn)用表 判斷,通電的就是一根繞組。 2 PUL 、 DIR 接 PLC 方法:共陽(yáng)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(jī)接線方法: 4線電機(jī)和 6線電機(jī)高速度模式:輸出電流設(shè)成等于或略小于電機(jī)額定電流值;6線電機(jī)高力矩模式:輸出電流設(shè)成電機(jī)額定電流的 0.7倍;8線電機(jī)并聯(lián)接法:輸出電流應(yīng)設(shè)成電機(jī)單極性接法電流的 1.4倍;8線電機(jī)串聯(lián)接法:輸出電流應(yīng)設(shè)成電機(jī)單極性接法電流的 0.7倍。 三菱 PLC 與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線圖 (2 8線 4相步進(jìn)電機(jī)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(jìn)行交叉相連。 確定線圈極性的方法 5. 步進(jìn)電機(jī)的選型1選型步驟 1. 電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求,將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量換算

11、到電機(jī)軸上, 每 個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度 (包括減速。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。 目前市場(chǎng)上步 進(jìn)電機(jī)的步距角一般有 0.36度 /0.72度(五相電機(jī)、 0.9度 /1.8度(二、四相電機(jī)、 1.5度 /3度(三相電機(jī)等。2. 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定, 我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。 靜力矩選擇的依據(jù) 是電機(jī)工作的負(fù)載, 而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。 單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦 負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)(一般由低速 時(shí)二種負(fù)載均要考慮,加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣 性負(fù)載,恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下,靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的 2-3倍內(nèi)好, 靜力矩一旦選定,電機(jī)的機(jī)座

12、及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)(幾何尺寸3. 進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用, 一般只用力矩來(lái)衡量, 速度越快力矩就越小, 其功率 是變化的。沒(méi)有功率這一說(shuō)法,只說(shuō)保持轉(zhuǎn)矩(指步進(jìn)電機(jī)通電,但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),定子鎖住 轉(zhuǎn)子的力矩,通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)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(jiǎn)稱 PPS2具體方法判斷需多大力矩:靜扭矩是選擇步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)之一。負(fù)載大時(shí), 需采用大

13、力矩電機(jī)。力矩指標(biāo)大時(shí),電機(jī)外形也大。判斷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度:轉(zhuǎn)速要求高時(shí),應(yīng)選相電流較大、電感較小的電機(jī), 以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)采用較高供電電壓。選擇電機(jī)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(dòng)方面的要求情況:判斷是否需細(xì)分,需多少細(xì)分。 根據(jù)電機(jī)的 電流 、細(xì)分和供電電壓選擇 驅(qū)動(dòng)器 。6. 步進(jìn)電機(jī)調(diào)試步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器 1. 簡(jiǎn)介步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 接收到一個(gè)脈沖信號(hào),它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)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(yùn)行的?？梢酝ㄟ^(guò)控制脈沖

14、個(gè) 數(shù)來(lái)控制角位移量, 從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的; 同時(shí)可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控 制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速和定位的目的。2. 型號(hào)F 3 5 2 21、 F 表示步進(jìn)驅(qū)動(dòng)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(dòng)器設(shè)置(1細(xì)分選擇電流等級(jí)選擇控制信號(hào)的選擇連接 A+、 A-、 B+、 B-電源選擇控制信號(hào)的電壓電流的選擇根據(jù)步進(jìn)電機(jī)電流的大小進(jìn)行設(shè)置控制信號(hào)的選擇,分別為脈沖輸入端、脈沖方向、脫機(jī)信號(hào)、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(hào)的電壓一般為 5V (這是外部電源給定,當(dāng)是 24V 的時(shí)候, 需要串聯(lián)一個(gè) 2.4K 的電阻細(xì)分設(shè)置 調(diào)整撥碼開關(guān)進(jìn)行設(shè)置細(xì)分，根據(jù)脈沖數(shù)/每圈，有的驅(qū)動(dòng)器顯示的是細(xì) 分?jǐn)?shù)（1、2、4、8、16、32、64、128），有的顯示的脈沖數(shù)/r。如下圖。 細(xì)分規(guī)則 在沒(méi)有細(xì)分?jǐn)?shù)時(shí)，也就是細(xì)分?jǐn)?shù)是 1 時(shí)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的脈沖腳，每接收一 個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 1.8°，如果細(xì)分?jǐn)?shù)為 2 時(shí)，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的脈沖腳，每接 收一個(gè)脈沖，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 1.8°/2=0.9°，這樣就能使一些控制更加的精確。 步進(jìn)