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步进电机应用常见问题

2016-12-16 7:43:11      点击:

Q :什么是步进电机,什么是步进电机驱动器?

A :步进电机是一种作为控制用的特种电机 , 它的旋转是以固定的角度 ( 称为步距角” ) 一步一步运行的 , 其特点是没有积累误差 , 所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动 , 这种装置就是步进电机驱动器 , 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移 , 或者说 : 控制系统每发一个脉冲信号 , 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。

所以,控制步进脉冲信号的频率,可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数,可以对电机精确定位目的。

Q :什么是保持转矩( HOLDING TORQUE ?

A :保持转矩( HOLDING TORQUE )是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一,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最重要的参数之一。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。

Q :什么是 DETENT TORQUE?

A DETENT TORQUE 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,容易使大家产生误解;由于反应式步进电机的转子不是永磁材料,所以它没有 DETENT TORQUE

Q :步进电机精度为多少?是否累积?

A :一般步进电机的精度为步进角的 3-5% ,且不累积。

Q :步进电机的外表温度允许达到多少?

A :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最高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。

Q :为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降?

A :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。

Q :如何控制步进电机的旋转方向?

A 1. 可以改变控制系统的方向电平信号。

2. 可以调整电机的接线来改变方向,具体做法如下:

对于两相电机,只需将其中一相的电机线交换接入 步进电机驱动器即可,如 A+ A- 交换。

对于三相电机,不能将其中一相的电机线交换,而应顺序交换其中的两相,如把 A+ B+ 交换, A- B- 交换。

Q :步进电机的噪声特别大,没有力,并且电机振动,怎么办?

A :遇到这种情况是因为步进电机工作在振荡区,解决办法:

1. 改变输入信号频率 CP 来避开振荡区。

2. 采用细分驱动器,使步距角减少,运行平滑些。

Q :当步进电机通电后,电机轴不转怎么办?

A :有以下几种原因会造成电机不转:

1. 过载堵转

2. 电机是否已损坏

3. 电机是否处于脱机状态

4. 脉冲信号 CP 是否到零

Q :步进电机驱动器通电后,电机在抖动,不能运转,怎么办?

A :遇到这种情况,首先检查电机的绕组与驱动器连接又没有接错,如没有接错,再检查输入脉冲信号频率是否太高,是否升降频设计不合理。若以上原因都不是,可能是驱动器缺相,请速与我公司联系。

Q :如何做好步进电机的升降曲线?

A :步进电机的转速是随输入脉冲信号的变化而变化的。从理论上说,只要给驱动器脉冲信号即可。每给驱动器一个脉冲( CP ),步进电机就旋转一个步距角(细分时为一个细分步距角)。但是,由于步进电机性能关系, CP 信号变化太快,步进电机将跟不上电信号的变化,这时会产生堵转和丢步现象。所以步进电机要在高速时,必须有升速过程,在停止时必须有降速过程。一般升速与降速规律相同,以下以升速为例介绍:

升速过程由起跳频率加升速曲线组成(降速过程反之)。起跳频率不能太大,否则也会产生堵转和失步。升降速曲线一般是为指数曲线或经过修调的指数曲线,当然也可采用直线或正弦曲线等。用户需根据自己的负载选择合适的响应频和升降速曲线,找到一条理想的曲线并不容易,一般需要多次试机才行。指数曲线在实际软件编程过程中比较麻烦,一般事先算好时间常数存储在计算机存储器呢,工作过程中直接选取。

Q :步进电机发烫,正常温度范围是多少?

A :步进电机温度过高会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至失步。因此电机外表允许最高温应取决于不同磁性材料的退磁点。一般来讲,磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上,有的甚至还高。所以步进电机外表在摄氏 80-90 度完全正常。

Q :两相步进电机和四相步进电机有何不同?

A :两相步进电机在定子上只有两个绕组,有四根出线,整步为 1.8 °,半步为 0.9 °。在驱动器中,只要对两相绕组电流通断和电流方向进行控制就可以了。而四相步进电机在定子上有四个绕组,有八根出线,整步为 0.9 °,半步为 0.45 °,不过驱动器中需要对四个绕组进行控制,电路相对复杂了。所以两相电机配两相驱动器,四相八线电机有并联、串联、单极型三种接法。并联接法:四相绕组两两相并,绕组的电阻与电感成倍减小,电机运行时加速性能好,高速带载力矩大,但是电机需要输入两倍于额定电流的电流,发热较大,对驱动器输出能力要求相应提高。而在串联使用时,绕组的电阻与电感成倍的增大,电机低速运行时稳定,噪音和发热较小,对驱动器要求不高,但高速力矩损耗大。所以用户可根据要求来选择四相八线的步进电机接线方法。

Q :电机是四相六根线,而步进电机驱动器只要求解四根线时,该怎样使用?

A :对于四相六根线电机,中间抽头的两根线悬空不接,其他四根线和驱动器相连。

Q :反应式步进电机与混合式步进电机的区别?

A :在结构与材料上不同,混合式电机内部有永磁型材料,所以混合式步进电机运行时相对平滑,输出浮载力大,噪音小。

Q :电机的噪音特别大;而且没有力,电机本身在振动?

A :这种情况是因为步进电机工作在振荡区,一般改变输入信号频率 CP 就可以解决此问题。

Q :电机在低速运行时正常,当是频率略高一点就出现堵转现象?

A :这种情况多是因为加在驱动器的电源电压不够高引起的;把输入电压加高一些,就可以解决此问题 , 注意不能高于驱动器电源端标注的最高电压;否则会引起驱动器烧毁 .

Q :驱动器通电以后,电机在抖动,不能运转?

A :首先检查电机的绕组与驱动器连接有没有接错;如没有接错再检查输入频率 CP 是否太高;是否升降频设计不合理,参考升降频设计;以上原因都不是,可能是驱动器烧毁,请与我们联系。

Q :为什么步进电机低速时可以正常运转 , 但若高于一定速度就无法启动 , 并伴有啸叫声?

A :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)。

Q :如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声?

A :步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点,一般可采用以下方案来克服:

1. 如步进电机正好工作在共振区,可通过改变减速比等机械传动避开共振区;

2. 采用带有细分功能的驱动器,这是最常用的、最简便的方法;

3. 换成步距角更小的步进电机,如三相或五相步进电机;

4. 换成交流伺服电机,几乎可以完全克服震动和噪声,但成本较高;

5. 在电机轴上加磁性阻尼器,市场上已有这种产品,但机械结构改变较大。

Q :细分驱动器的细分数是否能代表精度?

A :步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术(请参考有关文献),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。比如对于步进角为 1.8 ° 的两相混合式步进电机,如果细分驱动器的细分数设置为 4 ,那么电机的运转分辨率为每个脉冲 0.45 °,电机的精度能否达到或接近 0.45 °,还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂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。

Q :四相混合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别?

A :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。

Q :如何确定步进电机驱动器的直流供电电源?

A 1. 电压的确定: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最大输入电压,否则可能损坏驱动器。

2. 电流的确定: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 1.1 1.3 倍;如果采用开关电源,电源电流一般可取 I 1.5 2.0 倍。

Q :混合式步进电机驱动器的脱机信号 FREE 一般在什么情况下使用?

A :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)。在有些自动化设备中,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。