步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动系统。步进电机驱动系统的性能,不但取决于步进电机自身的性能,也取决于步进电机驱动器的优劣。对步进电机驱动器的研究几乎是与步进电机的研究同步进行的。
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号(来自控制器),它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作,必须使用专用的驱动电源(步进电机驱动器)。控制器(脉冲信号发生器)可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时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。
步进电机是一种控制用的特种电机,作为执行元件,混合式步进电机是机电一体化的关键产品之一,随着微电子和计算机技术的发展(步进电机驱动器性能提高),步进电机的需求量与日俱增。步进电机在运行中精度没有积累误差的特点,使其广泛应用于各种自动化控制系统,特别是开环控制系统。
步进电机也叫脉冲电机,包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)等。
也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电机。其定子和转子均由软磁材料制成,定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组,定、转子周边均匀分布小齿和 槽,通电后利用磁导的变化产生转矩。一般为三、四、五、六相;可实现大转矩输出(消耗功率较大,电流可达20A,驱动电压较高);步距角小(小可做 到六分之一度);断电时无定位转矩;电机内阻尼较小,单步运行(指脉冲频率很低时)震荡时间较长;启动和运行频率较高。
通常电机转子由永磁材料制成,软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组,定、转子周边没有小齿和槽,通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转 矩。一般为两相或四相;输出转矩小(消耗功率较小,电流一般小于2A,驱动电压12V);步距角大(例如7.5度、15度、22.5度等);断电时具有一 定的保持转矩;启动和运行频率较低。
也叫永磁反应式、永磁感应式步进电机,混合了永磁式和反应式的优点。其定子和四相反应式步进电机没有区别(但同一相的两个磁极相对,且两个磁极 上绕组产生的N、S极性必须相同),转子结构较为复杂(转子内部为圆柱形永磁铁,两端外套软磁材料,周边有小齿和槽)。一般为两相或四相;须供给正负脉冲 信号;输出转矩较永磁式大(消耗功率相对较小);步距角较永磁式小(一般为1.8度);断电时无定位转矩;启动和运行频率较高;是目前发展较快的一种步进 电机。
(1)功率式:输出转矩较大,能直接带动较大负载(一般使用反应式、混合式步进电机)。
(2)伺服式:输出转矩较小,只能带动较小负载(一般使用永磁式、混合式步进电机)。
(2)反应式、永磁式和混合式三种步进电机的性能指标、外形尺寸、安装方法、脉冲电源种类和控制电路等都不同,价格差异也很大,选择时应综合考虑。
它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出时给出了一个步距角的值,如STP-59D5026型电机给出的值为 0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°),这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’,它不一定是电机工作时的实际步距角, 实际步距角和驱动器有关。
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° 。步进电机增加相数能提高性能,但步进电机的结构和驱动电源都会更复杂,成本也会增加。
也叫静转矩,是在额定静态电流下施加在已通电的步进电机转轴上而不产生连续旋转的转矩。它是步进电机重要的参数之一,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。
步进电机的转子离开平衡位置后所具有的恢复转矩,随着转角的偏移而变化。步进电机静转矩与失调角的关系称为矩角特性。
指电机静止不动时,按规定的运行方式中多的相数通以额定静态电流,达到稳定的热平衡状态时的温升。
电机在某一频率下空载运行,按规定的运行时间进行工作,运行时间结束后电机所达到的温升叫动态温升。
指电机从启动频率升到运行频率或从运行频率降到启动频率所需的时间。
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,容易产生误解;反应式步进电机的转子不是永磁材料,所以它没有DETENT TORQUE。
(1)步进电机没有积累误差:一般步进电机的精度为实际步距角的百分之三到五,且不累积。
(2)步进电机在工作时,脉冲信号按一定顺序轮流加到各相绕组上(由驱动器内的环形分配器控制绕组通断电的方式)。
(3)即使是同一台步进电机,在使用不同驱动方案时,其矩频特性也相差很大。
(4)步进电机与其它电动机不同,其标称额定电压和额定电流只是参考值;又因为步进电机是以脉冲方式供电,电源电压是其电压,而不是平均电压,所以,步进电机可以超出其额定值范围工作。但选择时不应偏离额定值太远。
(5)步进电机外表允许的温度: 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。
(6)步进电机的力矩会随转速的升高而下降:当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。
(7)步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定频率就无法启动,并伴有啸叫声。
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)。
(8)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 低的场合使用,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。
(9)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输入电压,否则可能损坏驱动器。
(10)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。
(11)当脱机信号FREE为低电平时,驱动器输出到电机的电流被切断,电机转子处于自由状态(脱机状态)。在有些自动化设中,如果在驱动器 不断电的情况下要求直接转动电机轴(手动方式),就可以将FREE信号置低,使电机脱机,进行手动操作或调节。手动完成后,再将FREE信号置高,以继续 自动控制。
(12)用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向,只需将电机与驱动器接线的A+和A-(或者B+和B-)对调即可。
B、包含脉冲分配器和电流斩波的控制器集成电路:如SGS的L297、L6506等。
C、只含功率驱动(或包含电流控制、混合式步进电机保护电路)的驱动器集成电路:如日本新电元工业的MTD1110(四相斩波驱动)和MTD2001(两相、H桥、斩波驱动)。
D、将脉冲分配器、功率驱动、电流控制和保护电路都包括在内的驱动控制器集成电路,如东芝的TB6560AHQ、MOTOROLA的SAA1042(四相)和ALLEGRO的UCN5804(四相)等。
将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法,称为细分驱动,细分是通过驱动器控制步进电机的相电流实现的,与电机本身无关。其原理是, 让定子通电相电流并不一次升到位,而断电相电流并不一次降为0(绕组电流波形不再是近似方波,而是N级近似阶梯波),则定子绕组电流所产生的磁场合力,会 使转子有N个新的平衡位置(形成N个步距角)。
国内外对细分驱动技术的研究十分活跃,高性能的细分驱动电路,可以细分到上千甚至任意细分。目前已经能够做到通过复杂的计算使细分后的步距角均匀一致,大大提高了步进电机的脉冲分辨率,减小或消除了震荡、噪声和转矩波动,使步进电机更具有“类伺服”特性。
对实际步距角的作用: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对步距角的要求。如果使用细分驱动器,则用户只需在驱动器上改变细分数,就可以大幅度改变实际步距角,步进电机的‘相数’对改变实际步距角的作用几乎可以忽略不计。
采用细分技术与步进电机精度提高的关系:步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术,其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的 运转精度只是细分技术的一个附带功能。细分后电机运转时对每一个脉冲的分辨率提高了,但运转精度能否达到或接近脉冲分辨率还取决于细分驱动器的细分电流控 制精度等其它因素。不同家的细分驱动器精度可能差别很大;细分数越大精度越难控制。
真正的细分对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求,成本亦会较高。国内有一些驱动器采用对电机相电流进行“平滑”处理来取代细分,属于“假细分”,“平滑”并不产生微步,会引起电机力矩的下降。真正的细分控制不但不会引起电机力矩的下降,相反,力矩会有所增加。
步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。
步进电机主要是依相数来做分类,而其中又以二相、五相步进电机为目前市场上所广泛采用。二相步进电机每转细可分割为等分,五相则可分割为 1000等分, 所以表现出来的特性以五相步进电机较佳、加减速时间较短、 动态惯性较低。 本文主要详细介绍两相步进电机和五相步进电机有什么区别,具体的跟随小编来了解一下。
两相步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。
两相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(即步进角)。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时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。
两相步进电动机常用于数字控制系统中,精度高,其运行可靠。如采用位置检测和速度反馈,亦可实现闭环控制。步进电动机现已广泛地应用于数字控制系统中,如数模转换装置、数控机床、计算机外围设、自动记录仪、钟表等之中,另外在工业自动化生产线、印刷设等中亦有应用。
两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小。如四通生产的一种用于慢走丝机床的步进电机,其步距角为0.09°;德国百格拉(BERGER LAHR)生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例,对于带标准2500线编码器的电机而言,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
步进电机在低速时易出现低频振动现象。混合式步进电机振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。
步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其转矩为额定转矩的三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。
步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可*。
步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以松下MSMA W交流伺服电机为例,混合式步进电机从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,混合式步进电机可用于要求快速启停的控制场合。
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1.8度、三相为1.5度、五相为0.72度。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。
N 相步进电机有 N 个绕组,这 N 个绕组要均匀地镶嵌在定子上,因此定子的磁极数必定是 N 的整数倍,因此,转子转一圈的步数应该是 N 的整数倍;也就是说:3 相步进电机转一圈的步数是 3 的整数倍,4 相步进电机转一圈的步数是 4 的整数倍,5相步进电机转一圈的步数是 5 的整数倍;如果步进电机的基本步距角为 θ ,转一圈的步数是 M ,步进电机的相数是 N 则有下述关系:θ=360/M 由于上述机械对称原理,M 必然是相数 N 的整数倍。跟据以上分析可以看出,基本步距角是不能取任意值的。
比如说8根引出线的二/四相电机,可以根据使用要求并接成4根线的二相电机,也可以并接成5根线根线的四相电机。
有六个引出线挡量一下,1.能分成三个独立的绕组的是3相电机; 2.如果三个头相通,而同另外三个头不通,则是2/4相步进电机; 3.如果是5相步进电机,则5根线相,另一根是公共端。
1、二相电机:引出线、四相电机:引出线、三相电机:引出线、五相电机:引出线根。
ABCD为定子,上面绕有线圈,为四相,与之相对应的对面四个定子上面也有线圈,相对应的两个定子之间线圈是相互连接形成一个绕组。
接下来B断开,C导通,1和C相之间夹角小被吸引过去,被吸引过去之前2和D相之间夹角为1和C相之间夹角的2倍,1被吸引到C以后,2和D之间近,此时0和A之间的夹角为2和D之间的2倍,
D断开A导通,0被吸引到A相,混合式步进电机至此一个周期完成,旋转角度为360/8=45度。
一个周期,四拍,每拍旋转角度为360/8/4=11.25度。以上过程为单四拍,还有双四拍,双四拍和单四拍每次转动角度一样,但时力矩较大。
八拍,每次转动角度是四拍的一半,精度较高,力矩也比较大,是驱动此类型步进电机的常用方法。
八拍,每八个节拍为一个周期,所以转动角度为360/8/8=5.625,即64个拍(脉冲一个周期)。
步距角指每一拍转子转过的机械角度,步距角与定子相数、转子齿数和拍数(通电方式)有关.
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...
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。
电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的小分辨率(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(
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)
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)
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:
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
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6666
),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。
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:SL57采用直流24V-36V,SL86采用直流50V,SL110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。
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,生产家少,其被淘汰的说法是外行线、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。
就是用电脉冲信号控制电机转动特定角度的一种电机。比如说你给电机一个脉冲信号电机就转动90度,那么你给电机4个脉冲信号电机就转动了一圈。这个90度,就是
作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角(转子与定子的机械结构所决定)一步一步运行的, 其特点是每旋转一步,步距角...
MS1 , MS2 , MS3 跳线说明:(例子里是低电平,悬空或接地线,使用全步进模式) ...分别是全步进,1/2步进,1/4...
走一步是1.8度,一圈就是200步。例如使用1/16步进,则需要走3200步才等于一圈。 ms1
。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° 。步进电机增加相数能...
在运行过程中出现“只响不转”的情况该怎样处理呢?这种情况下,电机不一定是坏了,小编建议按照以下步骤进行电机的调试确定出现此种情况的原因。 检查线路,如果是次接线,一定要确认好电机的相位线...
(没有一点资料),电机六根线个接口,不知道怎么连线!更关键的是不知道怎么找到这个
2010-05-27 19:47:48 分类: 线切割 标签: 字号大中小 订阅
一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。每输入一个冲信号,该电动机就转过一定的角度(有的步进电动机可以直接输出线位移,称为直线电动机)。因此步进电动机是一种把...
件,在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲个数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就...
并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好
是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化...
1.拆机 1.1 将要拆开的28BYJ-48 1.2 打开上盖后的减速齿轮 1.3 转子 1.4 定子绕组 1.5 绕组 1.6 后盖 2. 原理 amp; amp; ......
是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。 通俗一点讲:当步进驱动器接受到一...
[Err] 2014 - Commands out of sync; you can‘t run this command now
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