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步进电机的控制方式分类及其辨别方法等内容详述《资讯》

发布时间:2020-08-17 11:59:23 阅读: 来源:焊台厂家

2018-04-20 00:45:24来源:贤集网 阿莲

步进电机是什么?所谓步进电机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构;更通俗一点讲: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。我们可以通过控制脉冲的个数来控制电机的角位移量,从而达到精确定位的目的;同时还可以通过控制脉冲频率来控制电动机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。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。下面贤集网小编来为大家介绍一下步进电机的控制方式、分类及其辨别方法、基本参数、特点、动态指标及术语、驱动器常见故障原因及处理。

步进电机的控制方式

如果通过单片机按顺序给绕组施加有序的脉冲电流,就可以控制电机的转动,从而实现数字角度的转换。转动的角度大小与施加的脉冲数成正比,转动的速度与脉冲频率成正比,而转动方向则与脉冲的顺序有关。以三相步进电机为例,电流脉冲的施加共有三种方式:

1、单相三拍方式:按单相绕组施加电流脉冲;

2、双相三拍方式:按双相绕组施加电流脉冲;

3、三相六拍方式:单相绕组和双相绕组交替施加电流脉冲;

单相三拍方式的每一拍步进角为3,三相六拍的步进角则为1.5,因此,在三相六拍下,步进电机的运行反转平稳柔和,但在同样的运行角度与速度下,三相六拍驱动脉冲的频率需提高一倍,对驱动开关管的开关特性要求较高。

步进电机的分类及其辨别方法

对于业余爱好者来说,最容易得到的步进电机是单极性(又称双线或4相)和双极性(又称单线或两相)步进电机。

一、单极性步进电机

这种步进电机之所以称为单极性是因为每个绕组中电流仅沿一个方向流动。它也被称为两线步进电机,因为它只含有两个线圈。两个线圈的极性相反,卷绕在同一铁芯上,具有同一个中间抽头。单极性步进电机还被称为4相步进电机,因为它有4个激励绕组。单极性步进电机的引线有5或6根。如果步进电机的引线是5根,那么其中一根是公共线(连接到V+),其他4根分别连到电机的4相。如果步进电机的引线是6根,那么它是多段式单极性步进电机有两个绕组,每个绕组分别有一个中间抽头引线。但是如何分辨这些引线呢?请继续读下述内容。

1、分辨5线单极性步进电机接头

为了找出正确的引线顺序并使电机转动,需要一块电池和一段胶带(当然也需要一个5引线步进电机)。备好记号笔来标注引线以便分辨它们。按以下步骤操作:

①用数字万用表找到公共线。其他引线与 公共线之间的电阻测量值都相同。将此线连接到电池的V+。5V或6V就足够测试用了。

②胶带粘贴到步进电机的输出铀上,并使它垂直于轴端伸出成为一个标志。此标志的作用在于判断电机是否转动。

③任意挑出一条引线称之为相1。若将此线接地,则电机输出轴将做轻微的转动。现在步进电机被锁定在相1的位置上。

④取另一根引线并将其接地,仔细观察输出轴上的胶带。如果输出轴向右轻微地旋转,那么此根引线是相2。如果输出轴向左轻微地旋转,那么此根引线是相4。如果输出轴不旋转,那么此根引线就是相3。

2、分辨6线单极性步进电机接头

回收打印机旧电机时最常遇到这种类型的单极性步进电机。6线单极性步进电机通常看起来像是两个单段式电机叠放在一起,每个单段有3根线引出。这种步进电机的引线非常容易分辨。分辨6线步进电机引线顺序的工作相当简单。如果它的结构形式是多段式步进电机,那么引线的顺序实际上已经给出了,用数字万用表可以找出每对绕组的公共线。只要保持绕组对的两根引线对应一致,它们的顺序并无关紧要,仅会影响电机的旋转方向而已。如果不是多段式的6线步进电机,可以按以下步骤确定绕组对的引线:

①使用数字万用表找出每对绕组的公共端。

②照上述方法能找出两个绕组对,分隔它们并加以标记。请将其中一个绕组对标记为A和C(也可以是1和3),另一个标记为B和D(也可以是2和4)。在每一对绕组中,哪条引线是何顺序并不重要,只要成对就足够了。

二、双极性步进电机

1、双极性步进电机之所以如此命名,是因为每个绕组都可以两个方向通电。因此每个绕组都既可以是N极又可以是S极。它又被称为单绕组步进电机,因为每极只有单一的绕组,它还被称为两相步进电机,因为具有两个分离的线圈。

2、双极性步进电机有四根引线,每个绕组两条。与同样尺寸和重量的单极性步进电极相比,双极性步进电机具有更大的驱动能力,原因在于其磁极(不是中间抽头的单一线圈)中的场强是单极性步进电机的两倍。双极性步进电机的每个绕组需要一个可逆电源,通常由H桥驱动电路提供。由于双极性步进电机比单极性步进电机的输出力矩大,因此总是应用于空间有限的设计中。这也是软盘驱动器的磁头步进机械系统的驱动之所以总是采用双极性步进电机的原因。

3、可以相当简单地使用数字万用表来查找两个绕组。如果在某两根引线之间能够测量到阻值,那么这两根引线之间就属于一个绕组,其他两根线之间是另外一个绕组。双极性步进电机的步距通常是1.8°,也就是每周200步。

步进电机的基本参数

1、电机固有步距角:

它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°),这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关。

2、步进电机的相数:

是指电机内部的线圈组数,目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同,其步距角也不同,一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时,用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器,则‘相数’将变得没有意义,用户只需在驱动器上改变细分数,就可以改变步距角。

3、保持转矩(HOLDING TORQUE):

是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一,通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减,输出功率也随速度的增大而变化,所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如,当人们说2N.m的步进电机,在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

4、DETENT 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DETENT TORQUE。

步进电机的特点

1、一般步进电机的精度为步进角的3-5%,且不累积。

2、步进电机外表允许的最高温度。

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。

3、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。

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。

4、步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声。

步进电机有一个技术参数:空载启动频率,即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下,启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,即启动频率较低,然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。

步进电机动态指标及术语

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。

步进电机驱动器常见故障原因及处理

一、步进驱动器故障( STEPDRIVE C fault)

1、故障现象:驱动器上的绿色发光二极管RDY亮,但机床驱动器的输出信号RDY为低电平。PLC应用程序中埘RDY信号进扫描,则导致PLC运算结果错误。 

2、故障原因:机床现j无大地(PF.与交流电源的中性线连接),静电放电(工作环境差)。

3、排除方法:首先将电气柜中的PE与大地连接,仍有故障,则驱动器模块损坏,更换驱动器模块。

二、高速时电动机堵转

1、故障现象:在快速电动(或运行(:00)时步进电动机堵转“丢步”(注意:这里所指的丢步是步进电动机在设定的高速时不能转动,而不是像某些简易数控机床系统那样rlif硬件不稳定,在系统工作过程中JWi}/随机的丢步),或使用了脉冲监控功能系统出现25201报警”;

2、故障原因:传动系统设计问题。

传动系统在设定高速时所需的转矩大于所选片j步进电动t在设定的最高速度下的输出转矩。选择的步进电动机正确,8025保证不会丢步。在此,出现丢步说明所选择的步进电动机不合适请在设汁时注意步进电动机的矩频特性曲线。

3、排除方法:若进给倍率为85%时高速点动不堵转则u『使用折线加速特性;降慨最高进给速度;更换火转矩步进电动机, 

三、传动系统定位精度不稳定

1、故障现象:机床集坐标的重复定位精度不稳定(时大H.t小)c;

故障原因:该传动系统机械装配问题。l杠螺母安装不正,造成运动部件的装配应力;

2、排除方法:重新安装丝杠螺母。

四、参考点定位精度过大

1、故障现象:参考点定位误差过嘉薰:象大多出现 1在参考点配置方式 2(单接近开关回垂);

2、故障原因:机床接近开关或检测体的安装不正确,接近开关与检测体的间隙为检测临界值;所选用接近开关的榆测距离过大,检测体和相部金属物体均在检测范周内;接近开关的电气特性差(注:接近开关的重复特性影响参考点的定位精度)。

3、排除方法:榆查接近开关的安装;机床接近开关与检测体间的间隙(接近开关技术指标表示的是最大检测距离,时应将问隙为最大间隙的50%为宜);更换接近开关

五、返回参考点动作不正确

1、故障现象:返回参考点的动作不正确。

2、故障原因:机床选用了负逻辑(NPN型)的接近开关(即OVDC表示接近开关动作,24VDC表示接近开关无动作)。

3、排除方法:更换正逻辑接近开关(PNP型)。

六、传动系统定位误差较大

1、故障现象:某坐标的定位误差较大(可重复)。故障原因:丝杠螺距误差过大

2、排除方法:机床进行丝杠螺距误差补偿,或更换较高精度的丝杠(注:丝杠无预紧力安装,丝杠螺距误差补偿没有意义)。

七、传动系统定位误差较大

1、故障现象:某坐标的定位误差较大(不重复);

2、故障原因:电动机与筵杠的机械连接有松动;

3、排除方法:检查电动机与丝杠的连接。

八、螺纹加工时螺纹乱扣

1、故障现象:在进行螺纹加工时,螺纹不能重复(即乱扣);

2、故障原因:丰轴与主轴编码器的机械连接有松动;

3、排除方法:检查主轴与编码器的连接(注:当主轴编码器连好后,机床在NC屏幕上显示的主轴角与卡盘的是惟一的;检测结果不是惟一的,则说明主轴与编码器间连接松动。

通过上文贤集网小编为大家介绍的步进电机的控制方式、分类及其辨别方法、基本参数、特点、动态指标及术语、驱动器常见故障原因及处理。相信大家对步进电机也有一定的了解了!在这里,小编还要告诉大家一些注意事项,那就是当我们在使用步进电机的时候,发现电机的运行方向和我们多期望的方向是相反的,那么我们应该怎样做能快速解决这个问题呢?只需将电机与驱动器接线的A+和A-(或者B+和B-)对调即可。然后再运行,电机就会朝着我们期望的方向运行啦!希望一行小编所讲解的内容,能够帮助大家进一步了解步进电机哟!

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