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步进电机的 “ 十万个为什么 ”

来源:/作者:澳门沙金官方网站发布日期:2020-05-20浏览次数:214

么是步进电机?

Stepping Motor


一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。


它可以把脉冲信号转换成相应的角位移或线位移,也就是可以每输入一个脉冲,转子就转动一个角度或前进一步,所以也叫脉冲电动机。


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步进电机脉冲信号展示图

其中角位移与线位移与脉冲数成正比,步进电机的转速与频率成正比。


步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是,它接收数字控制信号(电脉冲信号) 并转化成与之相对应的角位移或直线位移,它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。


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常见步进电机外形构造图


由于步进电机工作原理易学易用,成本低(相对于伺服)、电机和驱动器不易损坏,非常适合于微电脑和单片机控制,因此近年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的应用。





步进电机有哪几种?

Stepping Motor Types

步进电机分三种:永磁式(PM),反应式(VR)和混合式(HB)。


1


永磁式步进一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5度或15度。


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永磁式步进电机示意图


2


反应式步进一般为三相,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。在欧美等发达国家80年代已被淘汰。


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反应式步进电机示意图


3


混合式步进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。


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混合式步进电机示意图



什么是保持转矩?

Holding Torque


是指步进电机绕组通电且转子没有转动时,使电机能够移动完整的一步所需要的扭矩


保持转矩主要受电机绕组所允许的最大电流限制,通常大于运行转矩(running torque)。是步进电机最重要的参数之一,它的优点在于可以使负载保持在某个位置。


在不特别指明的情况下,通常说的步进电机的转矩就是指保持转矩比如,某步进电机的转矩为3.5NM,就是指其保持扭矩为3.5NM。


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步进电机图



什么是阻尼转矩?

Damping Torque


TORQUE是指步进电机没有通电的情况下,定子锁住转子的力矩

DETENT TORQUE在国内没有统一的翻译方式,容易使大家产生误解;由于反应式步进电机的转子不是永磁材料,所以它没有DETENTTORQUE。


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步进电机图




步进电机精度为多少?

是否累计?

Stepping Motor Accuracy


一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。



步进电机图



步进电机的外表温度

允许达到多少?

Surface Temperature

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁,从而导致力矩下降乃至于失步,因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点

一般来讲,磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上,有的甚至高达摄氏200度以上,所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。


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步进电机图




什么是步进电机方向信号?

Targeting Signal


向电平信号DIR用于控制步进电机的旋转方向此端为高电平时,电机一个转向;此端为低电平时,电机为另一个转向。


电机换向必须在电机停止后再进行,并且换向信号一定要在前一个方向的最后一个CP脉冲结束后以及下一个方向的第一个CP脉冲前发出。


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步进电机速度与方向示意图




为什么步进电机力矩会随

转速的升高而下降?

Stepping Motor Torque

当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。

在它的作用下,电机随频率(或速度)的增大而相电流减小,从而导致力矩下降。


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步进电机力矩曲线图



进电机在使用过

要注意什么?

Matters Need Attention Need


1


步进电机应用于低速场合,每分钟转速不超过1000转,最好在150- 450RPM间使用,可通过减速装置使其在此间工作,此时电机工作效率高,噪音低。



2


步进电机不使用整步状态,整步状态时振动大。


3


转动惯量大的负载应选择大机座号电机。


4


电机在较高速或大惯量负载时,一般不在工作速度起动,而采用逐渐升频提速,首先电机不失步,其次可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。


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步进电机图

5


高精度时,应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决。


6


电机不应在振动区内工作,如若必须可通过改变电压电流或加一些阻尼来解决。


7


电机在90RPM以下工作,应采用小电流、大电感、低电压来驱动。


8


应遵循先选电机后选驱动的原则,步进电机驱动器电压范围涵盖范围较广。


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