步進電機是將電脈沖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、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,而不受負載變化的影響,即給電機加一個脈沖信號,電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在,加上步進電機只有周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,但步進電機并不能象普通的直流電機,交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、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,研制的廠家卻非常少,大部分的廠家只一、二十人,連最基本的設備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給用戶在產品選型、使用中造成許多麻煩。 步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的一種開環線性執行元件,具有無累積誤差、成本低、控制簡單特點。產品從相數上分有二、三、四、五相,從步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°,從規格上分有口42~φ130,從靜力矩上分有0.1N?M~40N?M。使用、控制步進電機必須由環形脈沖,功率放大等組成的控制系統。驅動控制系統組成方框圖如下:
1、脈沖信號的產生。脈沖信號一般由單片機或CPU產生,一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右,電機轉速越高,占空比則越大。2、信號分配。我廠生產的感應子式步進電機以二、四相電機為主,二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種,具體分配如下:二相四拍為 ,步距角為1.8度;二相八拍為 ,步距角為0.9度。四相電機工作方式也有二種,四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度;四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度)。3、功率放大。功率放大是驅動系統最為重要的部分。步進電機在一定轉速下的轉矩取決于它的動態平均電流而非靜態電流(而樣本上的電流均為靜態電流)。平均電流越大電機力矩越大,要達到平均電流大這就需要驅動系統盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅動方式,到目前為止,驅動方式一般有以下幾種:恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流、細分數等。為盡量提高電機的動態性能,將信號分配、功率放大組成步進電機的驅動電源。SH系列二相恒流斬波驅動電源與單片機及電機接線圖如下:
說明: CP 接CPU脈沖信號(負信號,低電平有效) OPTO 接CPU+5V FREE 脫機,與CPU地線相接,驅動電源不工作 DIR 方向控制,與CPU地線相接,電機反轉 VCC 直流電源正端 GND 直流電源負端 A 接電機引出線紅線 接電機引出線綠線 B 接電機引出線黃線 接電機引出線藍線 步進電機的應用:步進電機的選擇。步進電機有步距角(涉及到相數)、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定,步進電機的型號便確定下來了。1、步距角的選擇: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)換算到電機軸上,每個當量電機應走多少角度(包括減速)。電機的步距角應等于或小于此角度。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、靜力矩的選擇:步進電機的動態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,靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好,靜力矩一旦選定,電機的機座及長度便能確定下來(幾何尺寸)3、電流的選擇靜力矩一樣的電機,由于電流參數不同,其運行特性差別很大,可依據矩頻特性曲線圖,判斷電機的電流(參考驅動電源、及驅動電壓)4、力矩與功率換算:步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的,一般只用力矩來衡量,力矩與功率換算如下:P= Ω?M Ω=2π?n/60 P=2πnM/60其P為功率單位為瓦,Ω為每秒角速度,單位為弧度,n為每分鐘轉速,M為力矩單位為牛頓?米P=2πfM/400(半步工作)其中f為每秒脈沖數(簡稱PPS) 綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟:
應用中的注意點:1、步進電機應用于低速場合---每分鐘轉速不超過1000轉,(0.9度時6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用,可通過減速裝置使其在此間工作,此時電機工作效率高,噪音低。 2、步進電機最好不使用整步狀態,整步狀態時振動大。 3、由于歷史原因,只有標稱為12V電壓的電機使用12V外,其他電機的電壓值不是驅動電壓伏值 ,可根據驅動器選擇驅動電壓(建議:57BYG采用直流24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V),當然12伏的電壓除12V恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源, 不過要考慮溫升。 4、轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。 5、電機在較高速或大慣量負載時,一般不在工作速度起動,而采用逐漸升頻提速,一電機不失步,二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 6、高精度時,應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數的驅動器來解決,也可以采用5相電機,不過其整個系統的價格較貴,生產廠家少,其被淘汰的說法是外行話。 7、電機不應在振動區內工作,如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。 8、電機在600PPS(0.9度)以下工作,應采用小電流、大電感、低電壓來驅動。 9、應遵循先選電機后選驅動的原則。其他說明: 有關低頻振動、升降速、機械共振、工作往復運動的誤差、平面圓弧X、Y插補誤差以及其他問題。具體解決辦法恕不便在此敘述,我廠用戶可來電咨詢,可根據具體情況解決。不同廠家的電機在設計、使用材料及加工工藝方面差別很大,選用步進電機應注重可靠性而輕性能、重品質而輕價格。最好采用同一生產廠家的控制器、驅動器和電機。這樣便于最終客戶的維護。
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步進電機是將電脈沖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、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,而不受負載變化的影響,即給電機加一個脈沖信號,電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在,加上步進電機只有周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,但步進電機并不能象普通的直流電機,交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、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,研制的廠家卻非常少,大部分的廠家只一、二十人,連最基本的設備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給用戶在產品選型、使用中造成許多麻煩。 步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的一種開環線性執行元件,具有無累積誤差、成本低、控制簡單特點。產品從相數上分有二、三、四、五相,從步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°,從規格上分有口42~φ130,從靜力矩上分有0.1N?M~40N?M。
使用、控制步進電機必須由環形脈沖,功率放大等組成的控制系統。驅動控制系統組成方框圖如下:
1、脈沖信號的產生。脈沖信號一般由單片機或CPU產生,一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右,電機轉速越高,占空比則越大。
2、信號分配。我廠生產的感應子式步進電機以二、四相電機為主,二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種,具體分配如下:二相四拍為 ,步距角為1.8度;二相八拍為 ,步距角為0.9度。四相電機工作方式也有二種,四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度;四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度)。
3、功率放大。功率放大是驅動系統最為重要的部分。步進電機在一定轉速下的轉矩取決于它的動態平均電流而非靜態電流(而樣本上的電流均為靜態電流)。平均電流越大電機力矩越大,要達到平均電流大這就需要驅動系統盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅動方式,到目前為止,驅動方式一般有以下幾種:恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流、細分數等。為盡量提高電機的動態性能,將信號分配、功率放大組成步進電機的驅動電源。SH系列二相恒流斬波驅動電源與單片機及電機接線圖如下:
說明:
CP 接CPU脈沖信號(負信號,低電平有效)
OPTO 接CPU+5V
FREE 脫機,與CPU地線相接,驅動電源不工作
DIR 方向控制,與CPU地線相接,電機反轉
VCC 直流電源正端
GND 直流電源負端
A 接電機引出線紅線
接電機引出線綠線
B 接電機引出線黃線
接電機引出線藍線
步進電機的應用:步進電機的選擇。步進電機有步距角(涉及到相數)、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定,步進電機的型號便確定下來了。
1、步距角的選擇: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)換算到電機軸上,每個當量電機應走多少角度(包括減速)。電機的步距角應等于或小于此角度。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、靜力矩的選擇:步進電機的動態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,靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好,靜力矩一旦選定,電機的機座及長度便能確定下來(幾何尺寸)
3、電流的選擇靜力矩一樣的電機,由于電流參數不同,其運行特性差別很大,可依據矩頻特性曲線圖,判斷電機的電流(參考驅動電源、及驅動電壓)
4、力矩與功率換算:步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的,一般只用力矩來衡量,力矩與功率換算如下:P= Ω?M
Ω=2π?n/60
P=2πnM/60
其P為功率單位為瓦,Ω為每秒角速度,單位為弧度,n為每分鐘轉速,M為力矩單位為牛頓?米P=2πfM/400(半步工作)其中f為每秒脈沖數(簡稱PPS)
綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟:
應用中的注意點:
1、步進電機應用于低速場合---每分鐘轉速不超過1000轉,(0.9度時6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用,可通過減速裝置使其在此間工作,此時電機工作效率高,噪音低。
2、步進電機最好不使用整步狀態,整步狀態時振動大。
3、由于歷史原因,只有標稱為12V電壓的電機使用12V外,其他電機的電壓值不是驅動電壓伏值 ,可根據驅動器選擇驅動電壓(建議:57BYG采用直流24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V),當然12伏的電壓除12V恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源, 不過要考慮溫升。
4、轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。
5、電機在較高速或大慣量負載時,一般不在工作速度起動,而采用逐漸升頻提速,一電機不失步,二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。
6、高精度時,應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數的驅動器來解決,也可以采用5相電機,不過其整個系統的價格較貴,生產廠家少,其被淘汰的說法是外行話。
7、電機不應在振動區內工作,如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。
8、電機在600PPS(0.9度)以下工作,應采用小電流、大電感、低電壓來驅動。
9、應遵循先選電機后選驅動的原則。
其他說明: 有關低頻振動、升降速、機械共振、工作往復運動的誤差、平面圓弧X、Y插補誤差以及其他問題。具體解決辦法恕不便在此敘述,我廠用戶可來電咨詢,可根據具體情況解決。不同廠家的電機在設計、使用材料及加工工藝方面差別很大,選用步進電機應注重可靠性而輕性能、重品質而輕價格。最好采用同一生產廠家的控制器、驅動器和電機。這樣便于最終客戶的維護。