步进电机和驱动器_图文

1、步进电机 1. 步进电机结构: 8个线圈变成了 4组线圈。 2. 步进电机主要参数 3. 步进电机的分类步进电机从其结构形式上可分为反应式步进电机 (Variable Reluctance , VR 、永磁式步进电机 Permanent Magnet,PM、混合式步进电机(Hybrid Stepping,HS 、 单相步进电机、 平面步进电机等多种类型 , 在我国所采用的步进 电机中以反应式步进电机为主。反应式:定子上有绕组、转子由软磁材料组成。 结构简单、成本低、步距角小,可达 1.2°、但动态性能差、效率低、发热大, 可靠性难保证永磁式(PM :永磁式步进电机的转子用永磁材料制成

2、,转子的极数与定子的极数相同。 一般是两相, 转矩和体积较小其特点是动态性能好、 输出力矩大, 但这种电机精度差,步矩角大(一般为 7.5°或 15°。反应式 (VR:一般为三相,步距角一般为 1.5度,噪声和振动大,欧美发 达国家已经被淘汰。混合式 (HB:一般是两相、五相,两相 1.8度,五相 0.72度。混合式步 进电机综合了反应式和永磁式的优点, 其定子上有多相绕组、 转子上采用永磁材 料, 转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。 其特点是输出力矩大、 动态性 能好,步距角小,但结构复杂、成本相对较高。按定子上绕组来分, 共有二相、 三相和五相等系列。 最受欢迎的

3、是两相混 合式步进电机,约占 97%以上的市场份额,其原因是性价比高,配上细分驱动器 后效果良好。该种电机的基本步距角为 1.8°/步(每步 1.8DEG, 转一圈 360DEG 需要 200步,配上半步驱动器后,步距角减少为 0.9°,配上细分驱动器后其 步距角可细分达 256倍(0.007°/微步。由于摩擦力和制造精度等原因,实际 控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。3. 原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机 件。 在非超载的情况下, 电机的转速、 停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉 冲数, 而不受负

4、载变化的影响, 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。步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成 分时供电的, 多相时序控制电流, 用这种电流为步进电机供电, 步进电机才能正 常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机,交 流电机在常规下使用。 它必须由双

5、环形脉冲信号、 功率驱动电路等组成控制系统 方可使用。(相关术语:静态指标术语1、相数:产生不同对极 N 、 S 磁场的激磁线圈对数。常用 m 表示。2、 拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 n 表示, 或指电机转过一个齿距角所需脉冲数, 以四相电机为例, 有四相四拍运行方式即 AB-BC-CD-DA-AB ,四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。3、步距角:对应一个脉冲信号,电机转子转过的角位移用 表示。 =360度 /(转子齿数 *运行拍数 , 以常规二、 四相, 转子齿为 50齿电机为例。 四拍运行时步距角为 =360度 /(50*4 =1.8度

6、(俗称整步,八拍运行时步距 角为 =360度 /(50*8 =0.9度(俗称半步。4、定位转矩:电机在不通电状态下,电机转子自身的锁定力矩(由 磁场齿形的谐波以及机械误差造成的。5、静转矩:电机在额定静态电作用下,电机不作旋转运动时,电机 转轴的锁定力矩。 此力矩是衡量电机体积的标准, 与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比, 与定齿转子间的气隙有关, 但过分采用减 小气隙, 增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的, 这样会造成电机的发热及机械噪音。动态指标术语1、步距角精度:步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误 差。用百分比表示:误差 /步距角 *100%。不同运

7、行拍数其值不同,四拍运行时应 在 5%之内,八拍运行时应在 15%以内。2、失步:电机运转时运转的步数,不等于理论上的步数。称之为失步。3、失调角:转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度,电机运转必存在失调角,由失 调角产生的误差,采用细分驱动是不能解决的。4、最大空载起动频率:电机在某种驱动形式、电压及额定电流下,在不加负载 的情况下,能够直接起动的最大频率。5、最大空载的运行频率:电机在某种驱动形式,电压及额定电流下,电机不带 负载的最高转速频率。6、运行矩频特性:电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲 线称为运行矩频特性, 这是电机诸多动态曲线中最重要的, 也是电机选择的根本 依据

8、。其它特性还有惯频特性、 起动频率特性等。 电机一旦选定, 电机的静力矩确定, 而动态力矩却不然, 电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流 (而非静态电 流,平均电流越大,电机输出力矩越大,即电机的频率特性越硬。要使平均电 流大,尽可能提高驱动电压,采用小电感大电流的电机。7、电机的共振点:步进电机均有固定的共振区域,二、四相感应子式的共振区 一般在 180-250pps 之间 (步距角 1.8度 或在 400pps 左右 (步距角为 0.9度 , 电机驱动电压越高,电机电流越大,负载越轻,电机体积越小,则共振区向上偏 移,反之亦然,为使电机输出电矩大,不失步和整个系统的噪音降低,一般工作

9、点均应偏移共振区较多。8、电机正反转控制:当电机绕组通电时序为 AB-BC-CD-DA 或 (时为正转,通电 时序为 DA-CD-BC-AB 或 (时为反转。4. 步进电机的接线(1两相步进电机接线图1绕组接线两相步进电机有两个绕组 (相数即绕组数 , 先判断哪两根线是一个 绕组。判断方法:最简单的方法:把电机的任意两根线短接,转动轴,如果发 现阻力变大了, 说明这两根线是一个绕组, 剩余的两根线是另一个饶组, 然后直 接接在驱动器的 A 相和 B 相, 如果反转把 A 相的两根线调换一下就行用万用表 判断,通电的就是一根绕组。 2 PUL 、 DIR 接 PLC 方法:共阳极接法、共阴极接法

10、、差分方式接法。下图是连接的控制器。 6和 8线电机接线方法: 4线电机和 6线电机高速度模式:输出电流设成等于或略小于电机额定电流值;6线电机高力矩模式:输出电流设成电机额定电流的 0.7倍;8线电机并联接法:输出电流应设成电机单极性接法电流的 1.4倍;8线电机串联接法:输出电流应设成电机单极性接法电流的 0.7倍。 三菱 PLC 与步进电机驱动器接线图 (2 8线 4相步进电机接线方法有两种接法:串联和并联,串联好理解,并联就是分成两组,一组里面的两 相进行交叉相连。 确定线圈极性的方法 5. 步进电机的选型1选型步骤 1. 电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量换算

11、到电机轴上, 每 个当量电机应走多少角度 (包括减速。电机的步距角应等于或小于此角度。 目前市场上步 进电机的步距角一般有 0.36度 /0.72度(五相电机、 0.9度 /1.8度(二、四相电机、 1.5度 /3度(三相电机等。2. 步进电机的动态力矩一下子很难确定, 我们往往先确定电机的静力矩。 静力矩选择的依据 是电机工作的负载, 而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。 单一的惯性负载和单一的摩擦 负载是不存在的。直接起动时(一般由低速 时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯 性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的 2-3倍内好, 静力矩一旦选定,电机的机座

12、及长度便能确定下来(几何尺寸3. 进电机一般在较大范围内调速使用, 一般只用力矩来衡量, 速度越快力矩就越小, 其功率 是变化的。没有功率这一说法,只说保持转矩(指步进电机通电,但没有转动时,定子锁住 转子的力矩,通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩力矩与功率换算如下: P= ·M =2·n/60 P=2nM/60 其 P 为功率单位为瓦, 为每秒角速度, 单位为弧度, n 为每分钟转速, M 为力矩单位为牛顿·米 P=2fM/400(半步工作 其中 f 为每秒脉冲数(简称 PPS2具体方法判断需多大力矩:静扭矩是选择步进电机的主要参数之一。负载大时, 需采用大

13、力矩电机。力矩指标大时,电机外形也大。判断电机运转速度:转速要求高时,应选相电流较大、电感较小的电机, 以增加功率输入。且在选择驱动器时采用较高供电电压。选择电机的安装规格:如 57、 86、 110等,主要与力矩要求有关。 确定定位精度和振动方面的要求情况:判断是否需细分,需多少细分。 根据电机的 电流 、细分和供电电压选择 驱动器 。6. 步进电机调试步进电机驱动器 1. 简介步进电机驱动器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

14、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,从而达到调速和定位的目的。2. 型号F 3 5 2 21、 F 表示步进驱动器2、表示相数, 2表示两相, 3表示 3相3、 5表示电流 5安培4、 22表示电压 220V3. 步距角 4. 驱动器设置(1细分选择电流等级选择控制信号的选择连接 A+、 A-、 B+、 B-电源选择控制信号的电压电流的选择根据步进电机电流的大小进行设置控制信号的选择,分别为脉冲输入端、脉冲方向、脱机信号、公共端 电源选择一般为 24v ,接 DC+、 DC-(这是外部电源给定控制信号的电压一般为 5V (这是外部电源给定,当是 24V 的时候, 需要串联一个 2.4K 的电阻细分设置 调整拨码开关进行设置细分，根据脉冲数/每圈，有的驱动器显示的是细 分数（1、2、4、8、16、32、64、128），有的显示的脉冲数/r。如下图。 细分规则 在没有细分数时，也就是细分数是 1 时，步进驱动器的脉冲脚，每接收一 个脉冲，步进电机转动 1.8°，如果细分数为 2 时，步进驱动器的脉冲脚，每接 收一个脉冲，步进电机转动 1.8°/2=0.9°，这样就能使一些控制更加的精确。 步进