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NO.1如何正确選用步進電機
第一步:步進電機的保持轉矩,相當于傳統電機所說的“功率”。當然,他們有着本質的區别。步進電機的物理結構,完全不同于普通的交、直流電機,它的輸出功率是可變的。通常根據需要的轉矩大小,來選擇哪種型号的步進電機。大緻來說,扭力在0.8n.m以下的,一般選擇28、35、39、42;扭力在1N.m左右的,選擇57電機較為合适。扭力在幾N.m或更大的情況下,就應當選擇轉矩更大的75、85、86、90、110、130等規格的步進電機。同時,我們還應考慮電機的轉速。因為,電機的輸出轉矩,與轉速成反比關系。就是說,步進電機在低速(每分鐘幾百轉或更低轉速,其輸出轉矩較大),在高速旋轉狀态的轉矩就很小了。當然,有些工作環境需要高速電機,就要對步進電機的線圈電阻、電感等指标進行綜合權衡。選擇電感稍小一些的電機,作為高速電機,能夠獲得較大輸出轉矩。反之,要求低速大力矩的情況下,就要選擇電感在十幾或幾十mH,電阻也要大一些為好。
第二步:步進電機空載啟動頻率,一般稱為“空起頻率”。這是選購步進電機很重要的一項指标。如果要求在瞬間頻繁啟動、停止,并且,轉速在1000轉/分鐘左右或更高。最好選擇反應式或永磁式步進電機,這些電機的“空起頻率”都比較高。
第三步:步進電機的相數選擇,這項内容,很多客戶幾乎沒有什麼重視,大多是随便購買。其實,不同相數的電機,工作效果是不同的。相數越多,步距角就能夠做的比較小,工作時的振動就相對小一些。大多數場合,使用兩相、三相、五相混合式步進電機的比較多。在高速大力矩的工作環境,選擇三相步進電機是很實用的。
第四步:防水防腐型步進電機能夠防水、防油,适用于某些特殊場合。例如水下機器人,就需要放水電機。75BYG系列步進電機大多具有防水結構。對于特種用途的電機,就要針對性選擇了。
第五步:特殊規格的步進電機,通常需要和生産廠家溝通,在技術允許的範圍内,加工訂做。例如,出軸的直徑、長短、伸出方向等。
No2.步進電機的噪音控制方法
步進電機的運轉難免會有很大的噪音,在工廠這些噪音其實不算什麼,工廠裡多的是機械,各式各樣的,一起運轉,那麼多的噪音,就好像在開一場演唱會,隻是是我們聽不懂的,很刺耳的。
噪音大聽不到不要緊,但是在工廠裡面的操作工難免就要遭罪了,操作工之間講話都是問題,不用吼得是聽不到了,久而久之,他們的聽覺也會有一點受到影響。那該如何減少這些機器的噪聲呢?
第一,可以通過改變減速比等機械傳動避開共振區;
第二,可以采用帶有細分功能的驅動器;
第三,可以換成步距角更小的步進電機;
第四,可以換成交流伺服電機,幾乎可以完全克服震動和噪聲;
第五,可以在電機軸上加磁性阻尼器。
No3.步進電機調速注意特點
步進電機高速不能直接使用普通的交直流電源,需要專用的伺服控制器,應注意以下特點:
1、可以用數字信号直接進行開環控制,整個系統簡單廉價,位移與輸入脈沖信号數相對應,步距誤差不長期積累,開環控制系統既簡單又具有一定的精度; 在要求更高精度時,也可以采用閉環控制系統。
2、由于步進電機無刷,因此本體部件少,可靠性高。
3、易于起動,停止,正反轉,速度響應性好;停止時一般有自鎖能力。
4、步距角可在大範圍内選擇,在小步距情況下,能夠在超低轉速下高轉距穩定運行,可以不經減速器直接驅動負載。
5、速度可在相當寬範圍内平滑調節, 可以用一台控制器同時控制幾台步進電機完全同步運行。
6、步進電機帶慣性負載能力較差,由于存在失步和共振問題,步進電機的加減速方法在不同的應用狀态下,情況較為複雜。
No4.如何減少電源對步進電機的幹擾
步進電機在數字化的制造時代發揮了重要的用途,但是步進電機也并非沒有缺點,步進電機容易遭受到電流電壓的影響,對接收機系統造成幹擾,使其不能夠正常的工作。
那麼對于這個問題該如何解決呢,專家建議可以加裝電源濾波器,從而減少對交流電源的污染;也可以将電源濾波器的地、驅動器、控制脈沖和方向脈沖短接後的引出線、電機接地線、驅動器與電機之間電纜防護套、驅動器屏蔽線均接到機箱壁上的接地柱上,并要求接觸良好;其次也可以使用屏蔽線減輕外界對自己的幹擾,或電源線對外界的幹擾。減少了對步進電機的幹擾,使其能夠正常的工作。
No5.步進電機啟動運行時失控與失步檢查步驟
步進電機啟動運行時失控與失步一般要考慮以下方面作檢查:
1) 電機力矩是否足夠大,能否帶動負載,因此我們一般推薦用戶選型時要選用力矩比實際需要大 50%~100% 的電機,因為步進電機不能過負載運行,哪怕是瞬間,都會造成失步,嚴重時停轉或不規則原地反複動。
2) 上位控制器來的輸入走步脈沖的電流是否夠大(一般要 >10mA ),以使光耦穩定導通,輸入的頻率是否過高,導緻接收不到,如果上位控制器的輸出電路是CMOS電路,則也要選用 CMOS 輸入型的步進驅動器。
3) 啟動頻率是否太高,在啟動程序上是否設置了加速過程,最好從電機規定的啟動頻率内開始加速到設定頻率,哪怕加速時間很短,否則可能就不穩定,甚至處于惰态。
4) 電機未固定好時,有時會出現此狀況,則屬于正常。因為,實際上此時造成了電機的強烈共振而導緻進入失步狀态。電機必須固定好。
5) 對于 5 相電機來說,相位接錯,電機也不能工作。
No6.兩相步進電機和四相步進電機有何不同兩相步進電機在定子上隻有2個繞組,4根引出線,一般整步步距角為1.8度,半步步距角為0.9度,驅動器隻須通過 對兩相繞組電流通斷進行控制就可以了;而4相步進電機在定子上有四個繞組,8根引出線,整步為O.9度,半步為0.45度,驅動器需要對4個繞組進行控 制,電路的複雜性和成本都會增加。因此,一般兩相步進電機配兩相驅動器,需要更小的步距角時,可以采用細分驅動器。
有些公司将兩相4線和四相8線的步進電機通稱為兩相步進電機,驅動器也似乎隻有兩相的。這是因為,四相繞組兩兩并聯 或串聯後就成為兩相繞組,四相電機就變成兩相電機了,但串聯或并聯會使電機繞組電阻和電感成倍變化,電機運行性能也會有明顯變化。一般來說,四相并聯成兩 相使用時,電機有較好的加速性能,高速力矩保持得好,但是電機電流會是四相時的2倍,發熱較大,對驅動器輸出能力的要求相應提高;而四相串聯成兩相使用 時,電機有較好的低速穩定性,噪聲和發熱較小,對驅動器要求不高 但是高速力矩損失較大。有些公司的驅動器全部安兩相設計,四相步進電機必須改接成兩相才能使用。所以這些公司往往要問客戶,希望電機接成串聯的還是并聯 的。以往,當8線步進電機嚴格标成四相時,客戶自然會認為四相電機和兩相驅動器不匹配,因此很多公司幹脆将四相步進電機和兩相步進電機均标成兩相。“兩相 步進電機和四相步進電機實質上是一回事”的真正道理就在于此。
No7.防止步進電機運行時出現失步和誤差
步進電機是一種性能良好的數字化執行元件,在數控系統的點位控制中,可利用步進電機作為驅動電機。在開環控制中,步進電機由一定頻率的脈沖控制。由PLC直接産生脈沖來控制步進電機可以有效地簡化系統的硬件電路,進一步提高可靠性。由于PLC是以循環掃描方式工作,其掃描周期一般在幾毫秒至幾十毫秒之間,因此受到PLC工作方式的限制以及掃描周期的影響,步進電機不能在高頻下工作。例如,若控制步進電機的脈沖頻率為4000HZ,則脈沖周期為0.25毫秒,這樣脈沖周期的數量級就比掃描周期小很多,如采用此頻率來控制步進電機。則PLC在還未完成輸出刷新任務時就已經發出許多個控制脈沖,但步進電機仍一動不動,出現了嚴重的失步現象。若控制步進電機的脈沖頻率為100HZ,則脈沖周期為10毫秒,與PLC的掃描周期約處于同一數量級,步進電機運行時亦可能會産生較大的誤差。因此用PLC驅動步進電機時,為防止步進電機運行時出現失步與誤差,步進電機應在低頻下運行,脈沖信号頻率選為十至幾十赫茲左右,這可以利用程序設計加以實現。 保證定位精度與提高定位速度之間的矛盾。
步進電機的轉速與其控制脈沖的頻率成正比,當步進電機在極低頻下運行時,其轉速必然很低。而為了保證系統的定位精度,脈沖當量即步進電機轉一個步距角時刀具或工作台移動的距離又不能太大,這兩個因素合在一起帶來了一個突出問題:定位時間太長。例如若步進電機的工作頻率為20HZ,即50ms走一步,取脈沖當量為δ=0.01mm/步,則1秒鐘刀具或工作台移動的距離為20x0.01=0.2mm,1分鐘移動的距離為60x0.2=12mm,如果定位距離為120mm,則定位時間需要10分鐘,如此慢的定位速度在實際運行中是難以忍受的。
為了保證定位精度,脈沖當量不能太大,但卻影響了定位速度。因此如何既能提高定位速度,同時又能保證定位精度是一項需要認真考慮并切實加以解決的問題。
No8.步進電機的啟動頻率為什麼不能過高步進電機的起動頻率不能過高,這是因為步進電機剛起動時轉速為零,在起動過程中,電磁轉矩除了克服負載阻轉矩外,還在克服轉動部分的慣性掩蔽,所以起動時電機的負擔比連續運轉為重。
如果起動時脈沖頻率過高,則轉子的速度就跟不上定子磁場旋轉的速度,以緻第一步完了的位置落後于平衡位置較遠,以後各步中轉子速度增加不多,而定子磁場仍然以正比于脈沖頻率的速度向前轉動,因此轉子與平衡位置之間的距離越來越大,最後因轉子位置落到動穩定區以外而出現失步或是振蕩現象,因而使電機不能起動。
為了能正常起動,起動頻率不能過高,當電機起動後再逐步升高頻率。
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