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步進馬達驅(qū)動器-步進電機步進驅(qū)動器工作原理詳解

信息來源:本站 日期:2018-01-04 

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步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的狀況下,電機的轉(zhuǎn)速、中止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),而不受負載變化的影響,即給電機加一個脈沖信號,電機則轉(zhuǎn)過一個步f距角。這一線性關(guān)系的存在,加上步進電機只要周期性的誤差而無累積誤差等特性。使得在速度、位置等控制范疇用步進電機來控制變的十分的簡單。


固然步進電機已被普遍地應(yīng)用,但步進電機并不能象普通的直流電機,交流電機在常規(guī)下運用。它必需由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可運用。因而用好步進電機卻非易事,它觸及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)學問。

目前,消費步進電機的廠家確實不少,但具有專業(yè)技術(shù)人員,可以自行開發(fā),研制的廠家卻十分少,大局部的廠家只一、二十人,連最根本的設(shè)備都沒有。僅僅處于一種自覺的仿制階段。這就給用戶在產(chǎn)品選型、運用中形成許多費事。 


步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的一種開環(huán)線性執(zhí)行元件,具有無累積誤差、本錢低、控制簡單特性。產(chǎn)品從相數(shù)上分有二、三、四、五相,從步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°,從規(guī)格上分有口42~φ130,從靜力矩上分有0.1N?M~40N?M。


運用、控制步進電機必需由環(huán)形脈沖,功率放大等組成的控制系統(tǒng)。驅(qū)動控制系統(tǒng)組成方框圖如下:

步進馬達驅(qū)動器

1、脈沖信號的產(chǎn)生

脈沖信號普通由單片機或CPU產(chǎn)生,普通脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右,電機轉(zhuǎn)速越高,占空比則越大。


2、信號分配

我廠消費步進馬達驅(qū)動適配組件:是一家專業(yè)從事中、大、功率場效應(yīng)管(MOSFET)、快恢復(fù)二極管、三端穩(wěn)壓管開發(fā)設(shè)計、集研發(fā)生產(chǎn)等。


3、功率放大

功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的局部。步進電機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)均勻電流而非靜態(tài)電流(而樣本上的電流均為靜態(tài)電流)。均勻電流越大電機力矩越大,要到達均勻電流大這就需求驅(qū)動系統(tǒng)盡量克制電機的反電勢。因此不同的場所采取不同的的驅(qū)動方式,到目前為止,驅(qū)動方式普通有以下幾種:恒壓、恒壓串電阻、上下壓驅(qū)動、恒流、細分數(shù)等。為盡量進步電機的動態(tài)性能,將信號分配、功率放大組成步進電機的驅(qū)動電源。


SH系列二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機及電機接線圖如下:

步進馬達驅(qū)動器

闡明:

CP           接CPU脈沖信號(負信號,低電平有效)

OPTO      接CPU+5VFREE 脫機,與CPU地線相接,驅(qū)動電源不工作

DIR          方向控制,與CPU地線相接,電機反轉(zhuǎn)

VCC         直流電源正端

GND        直流電源負端 


A

接電機引出線紅線

接電機引出線綠線 


B   

接電機引出線黃線

接電機引出線


步進電機的應(yīng)用:步進電機的選擇。步進電機有步距角(觸及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素肯定,步進電機的型號便肯定下來了。

1、步距角的選擇:電機的步距角取決于負載精度的請求,將負載的最小分辨率(當量)換算到電機軸上,每個當量電機應(yīng)走幾角度(包括減速)。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角普通有0.36度/0.72度(五相電機)、0.9度/1.8度(二、四相電機)、1.5度/3度 (三相電機)等。


2、靜力矩的選擇:步進電機的動態(tài)力矩一下子很難肯定,我們常常先肯定電機的靜力矩。靜力矩選擇的根據(jù)是電機工作的負載,而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時(普通由低速)時二種負載均要思索,加速起動時主要思索慣性負載,恒速運轉(zhuǎn)進只需思索摩擦負載。普通狀況下,靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好,靜力矩一旦選定,電機的機座及長度便能肯定下來(幾何尺寸)


3、電流的選擇靜力矩一樣的電機,由于電流參數(shù)不同,其運轉(zhuǎn)特性差異很大,可根據(jù)矩頻特性曲線圖,判別電機的電流(參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓)


4、力矩與功率換算:步進電機普通在較大范圍內(nèi)調(diào)速運用、其功率是變化的,普通只用力矩來權(quán)衡,力矩與功率換算如下:

P= Ω?M

Ω=2π?n/60

P=2πnM/60


其P為功率單位為瓦,Ω為每秒角速度,單位為弧度,n為每分鐘轉(zhuǎn)速,M為力矩單位為牛頓?米P=2πfM/400(半步工作)其中f為每秒脈沖數(shù)(簡稱PPS)

綜上所述選擇電機普通應(yīng)遵照以下步驟:

步進馬達驅(qū)動器

應(yīng)用中的注意點:

1、步進電機應(yīng)用于低速場所---每分鐘轉(zhuǎn)速不超越1000轉(zhuǎn),(0.9度時6666PPS),最好在1000-3000PPS(0.9度)間運用,可經(jīng)過減速安裝使其在此間工作,此時電機工作效率高,噪音低。


2、步進電機最好不運用整步狀態(tài),整步狀態(tài)時振動大。


3、由于歷史緣由,只要標稱為12V電壓的電機運用12V外,其他電機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值 ,可依據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓(倡議:57BYG采用直流24V-36V,86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V),當然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動外也能夠采用其他驅(qū)動電源, 不過要思索溫升。


4、轉(zhuǎn)動慣量大的負載應(yīng)選擇大機座號電機。


5、電機在較高速或大慣量負載時,普通不在工作速度起動,而采用逐步升頻提速,一電機不失步,二能夠減少噪音同時能夠進步中止的定位精度。


6、高精度時,應(yīng)經(jīng)過機械減速、進步電機速度,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來處理,也能夠采用5相電機,不過其整個系統(tǒng)的價錢較貴,消費廠家少,其被淘汰的說法是外行話。


7、電機不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作,如若必需可經(jīng)過改動電壓、電流或加一些阻尼的處理。


8、電機在600PPS(0.9度)以下工作,應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。


9、應(yīng)遵照先選電機后選驅(qū)動的準繩。


其他闡明:有關(guān)低頻振動、升降速、機械共振、工作往復(fù)運動的誤差、平面圓弧X、Y插補誤差以及其他問題。詳細處理方法恕不便在此敘說,我廠用戶可來電咨詢,可依據(jù)詳細狀況處理。不同廠家的電機在設(shè)計、運用資料及加工工藝方面差異很大,選用步進電機應(yīng)注重牢靠性而輕性能、重質(zhì)量而輕價錢。最好采用同終身產(chǎn)廠家的控制器、驅(qū)動器和電機。這樣便于最終客戶的維護。