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文檔簡介
1、 電機行業(yè)專業(yè)求職平臺1. 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。在非超載的情況下,電機的轉(zhuǎn)速、停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)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在,加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應用,但步進電機并不能象普通的直流電機、交流電機在常規(guī)下使用。步進電機必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。提及此知識,希望能給予正在對電機選型的客戶有所幫助
2、。2. 力矩:電機一旦通電,在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(磁通量)當轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度,則產(chǎn)生力F 與(d /d)成正比S其磁通量=Br*SBr 為磁密,S 為導磁面積F 與L*D*Br成正比L 為鐵芯有效長度,D 為轉(zhuǎn)子直徑Br=N·I/RN ·I 為勵磁繞阻安匝數(shù)(電流乘匝數(shù))R 為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比(只考慮線性狀態(tài))因此,電機有效體積越大,勵磁安匝數(shù)越大,定轉(zhuǎn)子間氣隙越小,電機力矩越大,反之亦然。一、混合式步進電機 電機行業(yè)專業(yè)求職平臺1、特點:混合式(又稱感應子式步進電機)與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比,結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體,以提供
3、軟磁材料的工作點,而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能,因此該電機效率高,電流小,發(fā)熱低。因永磁體的存在,該電機具有較強的反電勢,其自身阻尼作用比較好,使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小?;旌鲜讲竭M電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四相運行,也可以作二相運行。(必須采用雙極電壓驅(qū)動),而反應式電機則不能如此。例如:四相,八相運行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A )完全可以采用二相八拍運行方式. 不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=A ,D=B . 一個二相電機的內(nèi)部繞組與四相電機完全一致,小功率電機一般直接接為二相,而功率大一點的電機,為了方便使
4、用,靈活改變電機的動態(tài)特點,往往將其外部接線為八根引線(四相),這樣使用時,既可以作四相電機使用,更可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。2、分類混合式步進電機可分二相、三相、四相、五相等,我公司混合式步進電機以相數(shù)可分為:二相電機、三相電機: TEB20H,TEB28H,TEB35H,TEB39H,TEB42H,TEB57H,TEB86H,TEB110H,TEC57H,TEC86H,TEC110H,TEC130H.3、步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語相數(shù):產(chǎn)生不同對極N 、S 磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m 表示。拍數(shù):完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n 表示,或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù),以
5、四相電機為例,有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB ,四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角:對應一個脈沖信號,電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用表示。=360度(轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)),以常規(guī)二、四相,轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步),八拍運行時步距角為=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)。定位轉(zhuǎn)矩:電機在不通電狀態(tài)下,電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的) 電機行業(yè)專業(yè)求職平臺靜轉(zhuǎn)矩:電機在額定靜態(tài)電作用下,電機不作旋轉(zhuǎn)運動時,電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積(幾
6、何尺寸)的標準,與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比,與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān),但過份采用減小氣隙,增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的,這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。二、步進電機動態(tài)指標及術(shù)語1、步距角精度:步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示:誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同,四拍運行時應在5%之內(nèi),八拍運行時應在15%以內(nèi)。2、失步:電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù),不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。3、失調(diào)角:轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度,電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角,由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差,采用細分驅(qū)動是不能解決的。4、最大空載起動頻率:電機在某種驅(qū)
7、動形式、電壓及額定電流下,在不加負載的情況下,能夠直接起動的最大頻率。5、最大空載的運行頻率:電機在某種驅(qū)動形式,電壓及額定電流下,電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。6、電機的共振點:步進電機均有固定的共振區(qū)域,二、四相感應子式步進電機的共振區(qū)一般在180-250pps 之間(步距角1.8度)或在400pps 左右(步距角為0.9度),電機驅(qū)動電壓越高,電機電流越大,負載越輕,電機體積越小,則共振區(qū)向上偏移,反之亦然,為使電機輸出電矩大,不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低,一般工作點均應偏移共振區(qū)較多。7、噪頻特性:電機在某種測試條件下測得運行中的噪音和頻率關(guān)系曲線稱為噪頻特性。它和電機驅(qū)動器的關(guān)系非常大。
8、這一品質(zhì)特性在許多場合非常重要。三、驅(qū)動控制系統(tǒng)組成使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖,功率放大等組成的控制系統(tǒng) 電機行業(yè)專業(yè)求職平臺1、脈沖信號的產(chǎn)生。 脈沖信號一般由單片機或CPU 產(chǎn)生,一般脈沖信號為方波信號。如何產(chǎn)生脈沖信號的裝置及人機界面等輔助部分稱之為控制器。2、信號分配3、功率放大 功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流(而樣本上的電流均為靜態(tài)電流)。平均電流越大電機力矩越大,要達到平均電流大這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式,到目前為止,驅(qū)動方式一般有以下幾種:恒壓、恒流和細分驅(qū)動等。4
9、、驅(qū)動器 為盡量提高電機的動態(tài)性能,將信號分配、功率放大組成步進電機的驅(qū)動電源。我廠生產(chǎn)的SH 系列二相恒流斬波驅(qū)動電源控制器及電機接線圖如下:說明: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A 接電機引出線綠線B 接電機引出線黃線B 接電機引出線藍線步進電機一經(jīng)定型,其性能取決于電機的驅(qū)動電源。步進電機轉(zhuǎn)速越高,力矩越大則要求電機的電流越大,驅(qū)動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下:5、細分驅(qū)動器在步進電機步距角
10、不能滿足使用的條件下,可采用細分驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機,細分驅(qū)動器 電機行業(yè)專業(yè)求職平臺的原理是通過改變相鄰(A ,B )電流的大小,以改變合成磁場的夾角來控制步進電機運轉(zhuǎn)的。因此電流控制技術(shù)是細分驅(qū)動器的關(guān)鍵。四、步進電機的應用(一)步進電機的選擇步進電機有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定,步進電機的型號便確定下來了。1、步距角的選擇電機的步距角取決于負載精度的要求,將負載的最小分辨率(當量)換算到電機軸上,每個當量電機應走多少角度(包括減速)。電機的步距角應等于或小于此角度。一般采用二相0。9度/1。8度的電機和細分驅(qū)動器就可。2、靜力矩的選擇步進電機的動態(tài)
11、力矩一下子很難確定,我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(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(一般由低速)時二種負載均要考慮,加速起動時主要考慮慣性負載,恒速運行只要考慮摩擦負載。一般情況下,靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內(nèi)好,靜力矩一旦選定,電機的機座及長度便能確定下來(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,其運行特性差別很大,可依據(jù)矩頻特性曲線圖,判斷電機的電流(參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓) 綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟:4、力矩與功率換算步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的,
12、一般只用力矩來衡量,力矩與功率換算如下:P=M=2n/60P=2nM/60其P 為功率單位為瓦,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=2fM/400(半步工作)其中f 為每秒脈沖數(shù)(簡稱PPS電機行業(yè)專業(yè)求職平臺 (二) 、應用中的注意點 1、步進電機應用于低速場合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn), (0.9度時6666PPS,最好在10 00-3000PPS(0.9度)間使用,可通過減速裝置使其在此間工作,此時電機功率大、效率高。 2、步進電機最好不使用整步狀態(tài),整步狀態(tài)時振動大。 3、由于歷史原因,只有標稱為12V 電壓的電機使用12V 外,其他電機的電壓
13、值不是驅(qū) 動電壓伏值 ,可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓(建議: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)動外也可以采用其 他驅(qū)動電源, 不過要考慮溫升。 4、轉(zhuǎn)動慣量大的負載應選擇大機座號電機。 5、電機在較高速或大慣量負載時,一般不在工作速度起動,而采用逐漸升頻提速,一電機 不失步,二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。 6、高精度時,應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決,也可以采 用5相電機,不過其整個系統(tǒng)的價格較貴,生產(chǎn)廠家少,其被淘汰的說法是外行話。 7、電機不應在振動區(qū)內(nèi)工作,如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。 8、電機在600PPS(0.9度)以下
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