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步進驅(qū)動系統(tǒng)的常見問題

2023

12-27

07:45:35

 52

來源：昆山精越自動化科技有限公司

　　一、什么是步進電機？在何種情況下該使用步進電機？

　　二、步進電機分哪幾種？有什么區(qū)別？

　　三、什么是保持轉(zhuǎn)矩(HOLDING TORQUE)？

　　四、步進電機的驅(qū)動方式有幾種？

　　五、步進電機精度為多少？是否累積？

　　六、步進電機的外表溫度允許達到多少？

　　七、為什么步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速升高而下降？

　　八、為什么步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲?

　　九、如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn)時的振動和噪聲？

　　十、細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度？

　　十一、四相驅(qū)動合式步進電機與驅(qū)動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別？

　　十二、如何確定步進電機驅(qū)動器直流供電電源？

　　十三、混合式步進電機驅(qū)動器的使能信號Ena一般在什么情況下使用？

　　十四、如何用簡單的方法調(diào)整兩相步進電機通電后的轉(zhuǎn)動方向？

　　一、什么是步進電機？在何種情況下該使用步進電機？

　　步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(及步進角)。

　　您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達調(diào)速的目的。因此在需要準(zhǔn)確定位或調(diào)速控制時均可考慮使用步進電機。

　　二、步進電機分哪幾種？有什么區(qū)別？

　　步進電機分三種：永磁式(PM)，反應(yīng)式(VR)和混合式(HB)

　　永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；

　　反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰。

　　混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相四相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度。這種步進電機的應(yīng)用廣泛。

　　三、什么是保持轉(zhuǎn)矩(HOLDING TORQUE)？

　　保持轉(zhuǎn)矩(HOLDING　TORQUE)是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。保持轉(zhuǎn)矩越大則電機帶負載能力越強。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。

　　四、步進電機的驅(qū)動方式有幾種？

　　一般來說，步進電機有恒壓，恒流驅(qū)動兩種，恒壓驅(qū)動已近淘汰，目前普遍使用恒流驅(qū)動。

　　五、步進電機精度為多少？是否累積？

　　一般步進電機的精度為步進角的百分之3-5。步進電機單步的偏差并不會影響到下一步的精度因此步進電機精度不累積。

　　六、步進電機的外表溫度允許達到多少？

　　步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降甚至于丟失。因此電機外表允許的****溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來說，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，因此步進電機外表溫度在攝氏80-90度正常。

　　七、為什么步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速升高而下降？

　　當(dāng)步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率(或速度)的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。

　　八、為什么步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲?

　　步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速)。我們建議空載啟動頻率選定為電機運轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)的2倍。

　　九、如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn)時的振動和噪聲？

　　步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：

　　A、如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比提高步進電機運行速度。

　　B、采用帶有細分功能的驅(qū)動器，這是的，的方法。因為細分型驅(qū)動器電機的相電流變流較半步型平緩。

　　C、換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機，或兩相細分型步進電機。

　　D、換成直流或交流伺服電機，幾乎可以克服震動和噪聲，但成本較高。

　　E、在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機械結(jié)構(gòu)改變較大。

　　十、細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度？

　　步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)(請參考有關(guān)文獻)，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8度的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設(shè)置為4，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45度，電機的精度能否達到或接近0.45度，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制。

　　十一、四相驅(qū)動合式步進電機與驅(qū)動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別？

　　四相混合式步進電機一般由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，因此，連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較的場合使用。此時需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的0.07倍，因而電機發(fā)熱?。徊⒙?lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較高的場合使用(又稱高速接法)，所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的1.4倍，因而電機發(fā)熱較大。

　　十二、如何確定步進電機驅(qū)動器直流供電電源？

　　A、供電電源供電電壓的確定

　　混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍(比如IM483的供電電壓為12-48VDC)，電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動器的輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。如果電機工作轉(zhuǎn)速較低，則可以考慮電壓選取較低值。

　　B、供電電源輸出電流的確定

　　供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流I來確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I的1.1-1.3倍；如果采用開關(guān)電源，電源電流一般可取I的1.5-2.0倍。如果一個供電源同時給幾個驅(qū)動器供電，則應(yīng)考慮供電電源的電流應(yīng)適當(dāng)加倍。

　　十三、混合式步進電機驅(qū)動器的使能信號Ena一般在什么情況下使用？

　　當(dāng)使能信號Ena為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)(脫機狀態(tài))。在有些自動化設(shè)備中，如果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求可以用手動直接轉(zhuǎn)動電機軸，就可以將Ena置低，使電機脫機，進行手動操作或調(diào)節(jié)。手動完成后，再將Ena信號置高，以繼續(xù)自動控制。

　　十四、如何用簡單的方法調(diào)整兩相步進電機通電后的轉(zhuǎn)動方向？

　　只需將電機與驅(qū)動器接線的A+和A-(或者B+和B-)對調(diào)即可。

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