步進電機是一種離散運動的裝置,它和現代數字控制技術有著本質的聯系。在目前國內的數字控制系統中,步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統的出現,交流伺服電機也越來越多地應用于數字控制系統中。為了適應數字控制的發展趨勢,運動控制系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。雖然兩者在控制式上相似(脈沖串和方向信號),但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。
步進電機主要是依相數來做分類,而其中又以二相、五相步進電機為目前市場上所廣泛采用。二相步進電機每轉最細可分割為400等分,五相則可分割為 1000等分, 所以表現出來的特性以五相步進電機較佳、加減速時間較短、 動態慣性較低。 本文主要詳細介紹兩相步進電機和五相步進電機有什么區別,具體的跟隨小編來了解一下。
兩相步進電機簡介
兩相步進電機作為執行元件,是機電一體化的關鍵產品之一,廣泛應用在各種自動化控制系統中。隨著微電子和計算機技術的發展,步進電機的需求量與日俱增,在各個國民經濟領域都有應用。
兩相步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗一點講:當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(即步進角)。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的。
兩相步進電動機常用于數字控制系統中,精度高,其運行可靠。如采用位置檢測和速度反饋,亦可實現閉環控制。步進電動機現已廣泛地應用于數字控制系統中,如數模轉換裝置、數控機床、計算機外圍設備、自動記錄儀、鐘表等之中,另外在工業自動化生產線、印刷設備等中亦有應用。
兩相步進電機和五相步進電機的區別
一、控制精度不同
兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、 1.8°,五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機,其步距角為0.09°;德國百格拉公司(BERGER LAHR)生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。
交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數字式交流伺服電機為例,對于帶標準2500線編碼器的電機而言,由于驅動器內部采用了四倍頻技術,其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言,驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈,即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。
二、低頻特性不同
步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關,一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時,一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象,比如在電機上加阻尼器,或驅動器上采用細分技術等。交流伺服電機運轉非常平穩,即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能,可涵蓋機械的剛性不足,并且系統內部具有頻率解析機能(FFT),可檢測出機械的共振點,便于系統調整。
三、矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降,且在較高轉速時會急劇下降,所以其最高工作轉速一般在300~600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉速(一般為2000RPM或3000RPM)以內,都能輸出額定轉矩,在額定轉速以上為恒功率輸出。
四、過載能力不同
步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統為例,它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍,可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力,在選型時為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉矩的電機,而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩,便出現了力矩浪費的現象。
五、運行性能不同
步進電機的控制為開環控制,啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象,停止時轉速過高易出現過沖的現象,所以為保證其控制精度,應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統為閉環控制,驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣,內部構成位置環和速度環,一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象,控制性能更為可*。
六、速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鐘幾百轉)需要200~400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好,以松下MSMA 400W交流伺服電機為例,從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒,可用于要求快速啟停的控制場合。
延伸閱讀:步進電機的相數詳解
步進電機的相數是指電機內部的線圈組數,目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同,其步距角也不同,一般二相電機的步距角為1.8度、三相為1.5度、五相為0.72度。在沒有細分驅動器時,用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足步距角的要求。如果使用細分驅動器,則相數將變得沒有意義,用戶只需在驅動器上改變細分數,就可以改變步距角。
N 相步進電機有 N 個繞組,這 N 個繞組要均勻地鑲嵌在定子上,因此定子的磁極數必定是 N 的整數倍,因此,轉子轉一圈的步數應該是 N 的整數倍;也就是說:3 相步進電機轉一圈的步數是 3 的整數倍,4 相步進電機轉一圈的步數是 4 的整數倍,5相步進電機轉一圈的步數是 5 的整數倍;如果步進電機的基本步距角為 θ ,轉一圈的步數是 M ,步進電機的相數是 N 則有下述關系:θ=360/M 由于上述機械對稱原理,M 必然是相數 N 的整數倍。跟據以上分析可以看出,基本步距角是不能取任意值的。
步進電機外部的接線和相數沒有必然的聯系。是根據實際運用的需要來決定的。
比如說8根引出線的二/四相電機,可以根據使用要求并接成4根線的二相電機,也可以并接成5根線或6根線的四相電機。
有六個引出線既可能是3相電機,也可能是2/4相電機,還可能是5相電機。萬用表放到X1擋量一下,1.能分成三個獨立的繞組的是3相電機; 2.如果三個頭相通,而同另外三個頭不通,則是2/4相步進電機; 3.如果是5相步進電機,則5根線對應5相,另一根是公共端。
1、二相電機:引出線可以是4根或8根。
2、四相電機:引出線可以是5根、6根或8根。
3、三相電機:引出線可以是3根或6根。
4、五相電機:引出線可以是5根、6根或10根。
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