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步进电机驱动设计与选型实践经验总结

发布时间:2021年04月30日 12:01

步进电机是一种特殊的控制电机。它的旋转以一个固定的角度(称为“步进角度”)一步一步地进行。其特点是无累积误差(精度为100%),因此广泛应用于各种开环控制中。步进电机必须由电子设备驱动,即步进电机驱动器,它将控制系统发出的脉冲信号转换成步进电机的角位移,或者每次控制系统发出脉冲信号,步进电机就通过驱动器旋转一个步进角度。因此,步进电机的速度与脉冲信号的频率成正比。因此,控制步进脉冲信号的频率可以精确地给电机速度;通过控制步进脉冲的数量,可以精确定位电机。通过驱动细分驱动器减小步进电机的步距角。例如,当驱动器工作在10细分状态时,步距角仅为“电机固有步距角”的十分之一,也就是说,当驱动器工作在无细分的全步距状态时,控制系统发出步距脉冲,电机转动1.8;细分驱动器工作在10个细分状态时,电机只旋转0.18,这是细分的基本概念。细分功能完全由驱动器通过精确控制电机相电流产生,与电机无关。

细分驱动器的主要优点是完全消除了电机的低频振荡。低频振荡是步进电机(尤其是无功电机)的固有特性,细分是消除低频振荡的唯一途径。如果你的步进电机有时工作在共振区(比如走圆弧),那么选择细分驱动器是唯一的选择。提高了电机的输出转矩。特别是三相无功电机,转矩比不细分时提高30-40%左右。提高了电机的分辨率。提高电机的分辨率是不言而喻的,因为步进角度减小,步进均匀性提高。

以上是步进电机的基本原理。接下来,总结了步进电机驱动器设计和选型的实践经验:

  选择保持转矩(HOLDINGTORQUE)

保持扭矩,也称为静态扭矩,是指步进电机通电但不旋转时,定子锁定转子的扭矩。由于步进电机在低速运行时转矩接近于保持转矩,且步进电机的转矩随着速度的增加而迅速衰减,输出功率也随着速度的增加而变化,因此保持转矩是衡量步进电机负载能力的最重要参数之一。例如,当通常不加解释地提及1Nm的步进电机时,可以理解保持转矩为1Nm.

  选择相数

两相步进电机成本低,步距角至少1.8度,低速时振动大,高速时转矩下降快,适用于对精度和稳定性要求不高的高速场合;三相步进电机的步距角至少为1.5度,振动小于两相步进电机,低速性能优于两相步进电机,最大速度比两相步进电机高30-50%,适用于对精度和稳定性要求高的高速场合。五相步进电机的步距角较小,低速性能优于三相步进电机,但成本较高,适合精度和稳定性要求较高的中低速级。

  选择步进电机

我们要遵循先选电机再选驱动器的原则,先明确负载特性,然后通过比较不同类型步进电机的静态转矩和转矩-频率曲线,找到最匹配负载特性的步进电机;当精度较高时,应采用机械减速装置,使电机工作在效率最高、噪音最低的状态;避免使电机在振动区域工作,必要时通过改变电压、电流或增加阻尼来解决;电源电压方面,建议57台电机采用DC 24V-36V,86台电机采用DC 46V,110台电机采用比DC高80V的DC。大惯性矩载荷应选用机架尺寸较大的电机;当惯性负载大,工作速度高时,电机应逐渐提高频率和速度,防止电机失步,降低噪音,提高停机时的定位精度;鉴于步进电机的扭矩一般在40Nm以下,超过这个扭矩范围,运行速度大于1000转/分,应考虑伺服电机。一般来说,交流伺服电机可以正常运行在3000转/分,DC伺服电机可以正常运行在10000转/分。

  选择驱动器和细分数

最好不要选择全阶状态,因为全阶状态震动很大;尽量选择电流小、电感大、电压低的驱动器;为了获得良好的高速性能,应使用较高工作电流的驱动器、需要低振动或高精度时的细分驱动器以及高扭矩电机的高压驱动器。当电机实际转速通常较高,对精度和稳定性要求不高时,不必为了节约成本而选择细分数高的驱动器;在电机实际运行速度通常很低的情况下,应选择较大的细分数,以保证运行平稳,减少振动和噪声;总之,在选择细分数时,要综合考虑电机的实际运行速度、负载扭矩范围、减速器设置、精度要求、振动和噪声要求。

本文关键词

步进,电机,驱动,设计,与,选型,实践,经验总结,

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