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[经验分享] 基于步进电机知识讲解

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[LV.7]化身百千

发表于 2018-9-28 17:17:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
两相步进电机和驱动器,在自动化机电传动中广泛使用,步进电机和驱动器几项重要参数了解,有助在设备配套选择应用。

1、       步进电机步距角:
市面上最常用的两相步进电机,两相步进电机的运行方式以步进运行方式,200步为一转,即每步的步距角是1.8度(360/200=1.8),两相步进电机驱动器以发脉冲方式驱动,1个脉冲周期步进电机步进一个步距角,因此,电机一转需200个脉冲周期。

2、       驱动器细分与精度关系:

步进电机运行以步进方式,一个步距角1.8度,在应用中其传动精度不足达到要求,需要更高的精度的步距角,则必须电机控制的驱动器来实现,因此,驱动器在步距角1.8度中再细分步距角精度,如100细分后1.8/100,其精度提高为每个脉冲步距角为0.018度,一转所需20000个脉冲(0.018*20000=360),其细分越大,步距角精度越高。(TXC注:如TB6560的M1 M2设置细分)

但很多人对细分越大是否能提高精度存有质疑,在这里先必须了解两个概念,计算精度和实际精度。计算精度在细分中肯定是提高的,计算中细分越大,其计算结果保留更高精度,同时也要求控制系统计算精度和运行速度也须提高。而实际实精度不取决细分大小而改变其电机本身精度,只可改善步距角内所实现细步运行,也就是细分后相对提高步距角精度,电机本身的机械工艺误差和磁场偏差仍然存在的。加大细分是提高计算精度,和相对提高运行精度及运行平滑性。

因此,在控制系统技术可支持下,细分越大越好。

而加大细分多大,是否越大越好,这要视应用者视控制系统而定,因为越大细分,控制系统要求越高,不然速度会非常慢,不利运行效率。如用户采用普通的plc来控制步进驱动,普通plc输出脉冲频率才20KHZ(20000HZ).,这样驱动细分不能太大,不然转速会很慢,驱动器选择100细分,一转所需20000个脉冲,这样电机转速是60转/分钟,速度很慢。

3、       控制脉冲频率、驱动器细分与转速:

步进电机的转速是与上位机发出的脉冲给进量有关,即脉冲的频率来控制电机转速,可以通过控制器发出脉冲频率计算出步进电机的转速,而直流电机是调节占空比即通电时间来控制转速。

   步进电机转速 =频率 * 60 /200*x(或 =频率 * 60 /一转脉冲数)

         步进电机的转速单位是:转/分钟

         频率单位是:HZ(赫兹)

         X:实指细分倍数

         常数60:60秒即1分钟

         常数200:两相步进电机一转基本步距角数(即电机磁极对数)

   例如:控制器发出脉冲频率20000HZ(20KHZ)时,以下不同细分的电机转速

          套公式:(20000HZ * 60) / (200 * X)

          X:设细分        转速

          1                      6000转/分钟

          20                300转/分钟

          100              60转/分钟

4、       扭矩、转速、电流/功率:

扭矩单位是N.M(牛.米),即电机以轴半径臂长负载的扭力,

扭矩计算公式:T=9550P/n

式中:P—功率(kW)

n—电机的额定转速r/min

T—扭矩牛.米(N.M)

从公式了解,扭矩与速度成反比,和功率成正比。

步进电机所标称其中参数--扭矩,是电机静态时的最大扭力,这扭力参数值不代表在电机运行时不同转速下可负载的扭矩,因为运行时功率不变下提高转速,电机扭矩越低。因此在选购步进电机时,了解设备运行要求转速和负载扭力计算对参数选择。

开环步进电机驱动器的电流设置,是相对于步进电机额定电流而设置,驱动器电流设置对应电机额定电流时,电机静态扭力就是标称其最大静态扭力值。但因为电机静态时,属全功率状态,电流最大,电机发热,不可以长时间大电流工作,因此,驱动器加设有静态半电流设置。(TXC注:如TB6560的TQ1 TQ2来设置电流衰减比,皆为H时,处于低功耗模式)

开环步进电机驱动器无法识别电机运行时的电流和控制调节,驱动器是恒定电流控制模式,而电机运行时,因转速快慢和负载变化,产生电机运行时电流大小变化,驱动器无法自动调节恒定扭矩,造成步进电机出现失步和堵转现象。因此,选择开环步进电机扭矩时,需选择大于应用设备运行负载的电机扭矩参数。

开环步进电机转速,在扭矩公式可以看出,电机转速越高,扭矩就越低。要提高电机转速,同时保持较大有效扭矩,则需提高电机的运行功率来提高扭矩,而开环驱动器是以电流恒定控制,这样,需提高运行功率,则只有加大驱动电压来达到电机运行时功率,从而使电机提高相应转速,保持扭矩。

5.实际应用中:

  1.反馈信号:通常会用2个光电开关来检测电机轴上的光栅,这样光电开关得到的是两个周期和占空比一致,但有先后的脉冲,可根据脉冲的先后来监测转动方向,根据周期来监测实际转速。

  2.双保险以解决单一故障问题:一般会采用双CPU,1号监测光电 开关信号即实际的转动情况,以及对2号的电源开关,2号控制Motor Driver,1号 2号通过串口通信,如此避免出现单一故障问题。


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[LV.4]酱油常客

发表于 2018-10-17 09:33:27 | 显示全部楼层
经常用电机,从未总结过,写的不错!赞一个
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