步进电机及驱动器知识-雷赛科技.ppt

1、、步进电机及驱动器知识讲座、单位：雷电机电技术开发有限公司部门：产品部、主要内容、一、步进电机介绍二、驱动器介绍三、电机选型订正方法四、订正例题五、雷电公司步进驱动器命名方法六、雷电公司驱动器产品线介绍七、电机接线八评价步进系统好坏的依据九、使用中常见问题及原因分析十、步进驱动系统常见问题(FAQ )十一、步进电机与交流伺服电机性能比较十二、驱动器产品测试比较，一、 步进电动机介绍定义步进电动机的工作原理的步进电动机机台编号步进电动机结构步进电动机的特点，一、步进电动机介绍，步进电动机的历史在1993年更加推出了性能优异的三相混合型步进电动机我国在80年代以前，反应式步进电动机占主导地位，但混

2、合式步进电动机从80年代后半期开始发展。 步进电动机的定义：一种专门用于精确控制速度和位置的特殊电动机，其旋转以一定的角度(称为步进角)一步一步地运行，因此称为步进电动机。 3 .步进电动机的工作原理以单极性电动机为例说明工作原理，4 .步进电动机的机台编号：主要是35、39、42、57、86、110等5 .步进电动机结构：转子(转子铁心、永久磁铁、旋转轴最典型的两相混合型支柱) 40个小齿，转子有50个小齿三相电动机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。电机结构图、旋转轴平行方向的剖视图、6 .步进电机主要残奥仪表步进电机的相数：指电机内部的线圈组数，目前常用的是两相、三相、五相步

3、进电机。 拍数：完成一个磁场的周期性变化所需要的脉冲数或导电状态，用m表示，或者电机旋转1节角所需要的脉冲数。 保持扭矩：即使步进电机通电也不旋转时，定子锁定转子的扭矩。 步进角：电机转子对应一个脉冲信号旋转的角位移。 定位转矩：电机非通电状态下电机转子自身的锁定转矩。 失步：电机运行时运行的步数与理论上的步数不相等。 失步角：在转子齿轴线偏离定子齿轴线的角度，电动机的运转需要失步角，失步角引起的误差不能通过细分驱动来解决。 运行转矩特性：测量电机在某个测试条件下运行中的输出转矩和频率的关系的曲线。 步进电动机的特征一般的步进电动机的精度是步进角的3-5%，不累积的步进电动机的外观所允许的最高

4、温度，依赖于不同的电动机磁性材料的退磁点的步进电动机的转矩随着转速的上升而降低(u=El (di/di ) 无负载启动频率：即步进电机为无负载且能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，则电机无法正常启动，有可能发生步出和锁定。 步进电机的起步速度一般为10100RPM，伺服电机的起步速度一般为100300RPM。 根据电机的大小和负荷状况，大电机一般对应于低起步速度。 低频振动特性：步进电机以连续的步进状态一边移动一边反复运转。 步进状态的移动产生一步响应。 电动机驱动电压越高，电动机电流越大，负荷越轻，电动机体积越小，谐振区域越向上移动，反之亦然。步进电动机低速旋转时的振动和噪音大是其

5、固有的缺点，采用具有克服两相混合型步进电动机低速运转时的振动和噪音方法的细分功能的驱动器，更换为步进角小的步进电动机，将电感大的电动机更换为交流伺服电动机对电动机轴附加磁阻尼的中高频稳定性电动机的固有频率推定值：式中，Zr是转子齿数Tk是电动机负荷转矩j是转子的旋转贯通流量，2， 步进驱动器是恒电流驱动单极性驱动微步进电动机的闭环伺服控制开关时的电动机绕组电流与电压的关系电压与电流与转速、转矩的关系，二，步进驱动器是能够运转步进电动机的功率放大器， 对来自控制器的脉冲信号进行步进电动机的角变换、电动机控制原理图、恒流驱动恒流控制的基本思想是，通过控制主电路的MOSFET的导通时间，即调节MOS

6、FET触发信号的脉冲宽度，控制输出驱动电压来控制电动机绕组电流h桥恒频斩波恒相流驱动电路原理框图、电流PWM细分驱动电路示意图、单极性驱动、单极性驱动原理图、双极性驱动、双极性驱动原理图、微步驱动微步驱动技术是电流波形控制技术。 其基本思想控制各相绕组电流的波形，使其上升或下降，即在0和最大值之间赋予多个稳定的中间状态，在定子磁场的旋转过程中也存在多个稳定的中间状态，与电动机转子的旋转对应的步数变多，步进角变小。 采用细分驱动技术，可以大大提高步进电机的步进分辨率，减小扭矩波动，避免低频谐振，降低运行噪声。 步进电动机的微步进驱动电路的基本结构框图，v :电动机转速(R/S )； p :脉冲频

7、率(Hz )； e :电动机固有步进角，实用式：转速(r/s)=脉冲频率/(电动机旋转1周的全步进数*细分数)，m :细分数(全步进为1，半步进为2 )，电动机绕组电流波形分析，步进电动机的闭环伺服控制，步进电动机在步进电机的定时，供给驱动器的电压值对电机性能的影响大，电压越高，步进电机能够产生的扭矩越大，在需要高速应用的情况下，扭矩的关系是有利的，但请注意不要使电机的发热超过最大值。 可参考的经验值之一：步进电机驱动器的输入电压一般设定为步进电机额定电压的325倍。 建议： 57台电机采用直流24V-48V，86台电机采用直流36-70V，高于110台电机采用直流80V。 对变压器进行降压、

8、整流、滤波而得到的直流电源的滤波器容量，C=(8000 X I)/V(uF) I是绕组电流(a )，v是直流电源电压(v )，三是电动机选择修正方法电动机最大速度选择电动机定位精度的选择电动机转矩选择，三是电动机选择修正交流伺服电机的额定速度一般为3000 rpm，最大转速为5000rpm。 机器传达系统需要根据这个残奥表进行修正。 2 .电动机定位精度的选择确定机械传动比后，可根据控制系统的定位精度选择步进电动机的步进角和驱动器的细分水平。1个选择电机的1步角对应于系统定位精度的1/2以下。 注意：如果细分级别超过1/4，则不能保证步进角度的精度。 伺服电机编码器的分辨率选择：分辨率比定位精

9、度高1位。 3 .马达扭矩选择步进马达的动态扭矩很难一下子确定，大多是先确定马达的静态扭矩。 静力矩的选择依据是电机工作的负荷，负荷分为惯性负荷和摩擦负荷。 直接起动时(通常为低速)考虑双方的负荷，加速起动时主要考虑惯性负荷，定速运行只考虑摩擦负荷。 一般来说，静力矩最好在摩擦负荷的2-3倍以内。 如果选择了静力矩，则对于电动机的机台和长度确定的(几何尺寸)惯性矩修正运算物体的惯性矩，式中，dV是体积元，物体密度，r是体积元和旋转轴的距离。 单位： kgm2，将负荷质量换算为电动机输出轴上的惯性力矩，一般的传动机构和公式如下：加速度修正计算，为了控制系统的正确定位，物体的运动需要加减速过程。

10、如右图所示。 已知加速时间、最大速度Vmax，电动机的角加速度：(rad/s2)、电动机转矩修正运算、转矩修正公式为，式中： TL是系统外力换算成电动机后的转矩。 传动系统的效率化。 四、例题(直线运动)运动学校正动力学校正计算选择同步带直径和步进电动机细分数m来校正电动机转矩，选择电动机类型，四、例题(直线运动)校正计算直线平台水平往复运动、最大行程L400 mm、同步带传动往复运动的周期为T 4s； 重复定位误差0.05 mm； 平台运动质量M 10 kg，无外力。 求：电机型号、同步皮带轮直径、最大细分数。 另外，台结构的概略图，运动学校正平均速度设加速时间为0.1 S (步进电动机通常

11、加速时间：0.11秒) (伺服电动机通常加速时间：0.050.5秒)，加减速时间合计为0.2 S，加减速过程的平均速度是最大速度的一半。 因为L 0.2 Vmax/2 1.8 Vmax 0.4 m得到： Vmax 0.4/(0.2/2 1.8 ) 0.211 m/s，所以加速度为： 加速距离：等速距离：减速距离和加速距离如果设定摩擦力： f M g导轨摩擦系数0.1，则摩擦力： f 0.1 10 9.8 9.8 N惯性力： F1 M a 10 2.11 21.1 N因此：同步带需要拉伸力F F1 f 21.19.8 30.9 N， 选择同步带直径和步进电动机细分数m，将同步带直径30 mm的周

12、长设为C3.14 3.14 30 94.2 mm的修正计算定位精度：脉冲当量c/(200.05)=94.2/(200.05)=9.42修正计算最大转速：第1段的很明显细分数太大，最大转速太低。 但是，同步带的直径也不能减小2倍，所以只要增加1级减速，第1级从动轮的直径就变为275 mm。马达最大转速为驱动器细分数：所以，细分为4个即可。 实际的脉冲当量：修正电机转矩，选择电机型号，第2段的主动车上的转矩： T2F3/2第2段的主动车上，即电机轴上的转矩： T1T2 i F 3/2 i=0.155 Nm不考虑同步带的效率，导轨和滑块的组装误差因此，电机转矩To0.155 3 0.465 Nm选择

13、57HS09即可，静态转矩为0.9 Nm。与57HS09类似的电机转矩特性图如下： 2细分(半步):nmax403 r/min 2687pps时、T 50 N cm 0.5 N m、5、雷赛公司步进驱动器的命名方法、6、雷赛公司驱动器线的介绍、 七步进电机驱动器接线方法光电隔离原本作用：电隔离、耐噪声共阳极接线法、共阴极接线法和差分方式接线法、共阳极接线法、差分方式典型接线方法、4、6和8线电机接线方法、4线电机和6线电机高速模式：输出电流在电机额定电流值以下。 六线电动机高转矩模式：输出电流为电动机额定电流的0.7倍的八线电动机并联法：输出电流为电动机单极性接合法电流的1.4倍的八线电动机串

14、联法：输出电流为电动机单极性连接法电流的0.7倍。 八、评价步进系统好坏的依据1 )振动、噪声(运行稳定性)2)中高速扭矩3 )温度上升(发热情况)4)保护功能5 )可靠性，九、使用中常见问题及原因分析，十、步进驱动系统常见问题，一、步进电动机如何步进电机是将电脉冲转换成角位移的致动器。 一般而言，步进驱动器在接收到脉冲信号时，将步进电动机向规定方向旋转驱动一定角度(和步进角)。 通过控制脉冲数控制角位移量，实现正确的定位，另外，通过控制脉冲频率控制电机的转速和加速度，以调速为目的。 因此，在需要正确的定位和调速控制的情况下，可以考虑使用步进电机。 2、步进马达分为几类？ 有什么区别？步进电机

15、一般为永磁式()、反应式()和混合式()的永磁式步进一般为两相，转矩和体积小，步进角一般为7.5度或15度的反应式步进一般为三相，能够实现大的转矩输出，步进在欧美等发达国家的年代被淘汰了。 混合步骤是永久磁铁式和反应式混合的优点。 分为两相四相和五相。 两相步进角通常为1.8度，五相步进角通常为0.72度。 这种步进电机的应用是最广泛的。 3、什么是保持扭矩？ 保持扭矩()是指即使步进电机通电也不旋转时，定子锁定转子的扭矩。 这是步进电机最重要的残奥仪表之一，通常步进电机低速时的扭矩接近保持扭矩。 保持扭矩越大，带电机负载的能力越强。 步进电机的输出扭矩随速度的增大而衰减，输出功率也随速度的增

16、大而变化，因此保持扭矩成为测量步进电机的重要残奥仪表之一。 例如，虽然被称为2N.m的步进电动机，除非特别指出，否则是指使转矩保持在2N.m的步进电动机。 4、步进电机的驱动方式有几种？ 一般而言，步进电机有恒压、恒流驱动2种，恒压驱动正在被淘汰，现在普遍使用恒流驱动。 5 .步进电机的精度是多少？ 累积吗？ 一般步进电机的精度是步进角的3-5%。 步进电动机的单步偏差不会影响下一步的精度，因此步进电动机的精度不会累积。 6 .步进电机的外观温度可以容许到多少？ 如果步进电机的温度过高，则首先电机的磁性材料会退磁，转矩可能会降低或丢失。 因此，电动机外观所允许的最高温度取决于不同的电动机磁性材料的退磁点，一般来说，由于磁性材料的退磁点在摄氏以上，所以步进电动机的外观温度在摄氏时完全正常。 7 .为什么步进电机的扭矩会随着转速的上升而下降？ 当步进电动机旋转时，电动机的各相绕组的电感形成反电动势电压的频率越高，反电动势越大。 因此，电机