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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75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15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18度而五相步进角一般为072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98VDC。这样电机消耗功率将由原来的18W降到11W,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G01575107H/CMG10552107H/CM视在齿磁密取BT′075MT转矩系数CM102Π2ZS/ZR(BT/T)2G1108/G02BT′2KDP210231421/120520552108/157510707520712033KG/CM(KDP磁环叠压系数)负载系数取Μ02长径比取Λ07定子内径D3√TN/ΜCMΛ3√52/0207850124110CM取D105CM取转子磁钢外径102MM,转子磁钢内径9MM,转子磁钢高度88MM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(105292)/42297MM2所以磁钢面积的磁通为ΦR′BRSM01229710623106WB磁钢单独作用时的齿磁密BTRΦR′/6ZSLBTKDP23106/611025071071106WB/CM271MT所以通电绕组单独作用时的齿磁密为BTSBT′BTR07500710679T按客户要求,牵入转矩要求≥330KGFCM,理论绕组单独作用时的齿磁密必须≥08T,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92MM,Λ则可达到081。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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