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步进电机在环保节能方面的改造.doc

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步进电机在环保节能方面的改造.doc

专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏步进电机在环保节能方面的改造(常州铁道高等职业技术学校江苏常州213011)张华摘要步进电机是机电一体化的关键产品之一,广泛应用于各种自动控制系统中。随着大众环保、节能意识的增强,对步进电机在环保节能方面提出了改造的要求。本文作者通过生产实践中的工作总结,对步进电机进行适当的技术改造,使其能满足环保、节能的要求。关键词步进电机节能改造一、步进电机的目前发展情况步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度称为步距角,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机,利用其没有积累误差精度为100的特点,广泛应用于各种开环控制。步进电机的特点1.步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电,而是按一定的规律轮流通电。2.每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。3.步进电机可以按特定指令进行角度控制,也可以进行速度控制。角度控制时,每输入一个脉冲,定子绕组就换接一次,输出轴就转过一个角度,其步数与脉冲数一致,输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时,步进电机绕组中送入的是连续脉冲,各相绕组不断地轮流通电,步进电机连续动转,它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序,即改变定子磁场旋转方向,就可以控制电机正转或是反转。4.步进电机具有自锁能力。当控制脉冲停止输入,而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时,则电机可以保持在固定的位置上,即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上,这样,步进电机可以实现停车时转子定位。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机(VR)、永磁式步进电机(PM)、混合式步进电机(HB)和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。二、电机在环保节能上的改造随着大众环保、节能意识的增强,近年来,在使用步进电机上也要求在保证步进电机牵入转矩(类同于步进电机的输出力矩)不变时,把步进电机驱动电压由12VDC降低到9.8VDC。这样电机消耗功率将由原来的1.8W降到1.1W,节能效果明显。为了满足要求,我们对电机做了改善,以下简要介绍本次改造的计算与过程。1、现状分析专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏根据现有步进电机内部结构与空间,加强定子产生的磁势,无法达成。因此,必须提高磁钢磁通。2、理论计算参考步进电动机及其驱动控制系统附录1查得取气隙比磁导G01.575107H/cmG10.552107H/cm视在齿磁密取Bt′0.75mT转矩系数Cm102π2Zs/Zr(bt/t)2G1108/G02Bt′2kdp21023.1421/120.520.552108/1.5751070.7520.7120.33kg/cm(kdp磁环叠压系数)负载系数取μ0.2长径比取λ0.7定子内径D3√TN/μCmλ3√52/0.20.7850.12411.0cm取D10.5cm取转子磁钢外径10.2mm,转子磁钢内径9mm,转子磁钢高度8.8mm磁密可以看成是两个分量的合成,一个是磁势产生的Bts,另一个是磁钢产生的Bts。齿视在磁密为Bt′BtsBts磁钢性能Br65mT(实测)磁钢面积Smπ(Dm2Dmi2)/4π(10.5292)/422.97mm2所以磁钢面积的磁通为φr′BrSm0.122.971062.3106wb磁钢单独作用时的齿磁密Btrφr′/6ZsLbtkdp2.3106/6110.250.710.71106wb/cm271mT所以通电绕组单独作用时的齿磁密为BtsBt′Btr0.750.0710.679T按客户要求,牵入转矩要求≥330Kgf.cm,理论绕组单独作用时的齿磁密必须≥0.8T,反推计算,磁钢性能Br≥77mT。经过现场跟踪,目前,该磁钢已经为饱和充磁,充磁电压500V。充磁电压调整到660V,Br仅提高5mT。小结方案必须重新改定。调整长径比,考虑取气隙比磁导不能变化,步进电机内腔空间纵向允许调整,取长径比最大化,转子磁钢高度取9.2mm,λ则可达到0.81。此处计算过程不再赘演,最后磁钢性能Br可达84mT,完全满足Br≥77mT要求。考虑定位转矩损耗,最综Br范围取7578mT。专业文档,值得下载专业文档,值得珍藏3、现场生产跟踪(1)、一次生产,数量10000台,不良率0ppm。(2)、二次生产,数量100000台,不良率0ppm。(3)、大批生产,数量200000台以上,不良率0ppm。4、本次改造的总结(1)磁钢性能与绕组磁势是决定步进电机力矩性能的重要因素,在空间限制下,改变λ系数是最有效、最经济的方案。(2)同时,在一个改善过程中,必须要有理论支撑,还要现场跟踪,两者缺一不可。(3)一个改善过程,是一个集体、一个团队的集体智慧的体现。三、结束语综上所述永磁步进电机的应用越来越广泛,对步进电机的要求也越来越高,我们也会努力改造步进电机其它方面的性能,使得步进电机能够最大限度的迎合大众的需求。参考文献[1]张宝铭主编.步进电动机M.科学出版社,1979.[2]沈忠主编.机械设计M.高等教育出版社,1960.[3]杨兴瑶.电动机调速的原理及系统M.水利电力出版社.1995[4]刘宝廷、程树康主编.步进电动机及其驱动控制系统M.哈尔滨工业大学出版社,1997.

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