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步进电动机的环境分析(步进电机的现状)

来源:www.xrdq.ne   时间:2023-01-03 12:20   点击:242  编辑:admin   手机版

1. 步进电机的现状

1.

步进电机如果刚刚好工作在共振区的时候我们完全可以通过去改变变速机的变速比去提高我们步进电机的转速。

2.

也可以在电机轴上面去加一个阻尼器但是改变的就比较多。

3.

其实也可以换成直流与交流的伺服电机也可以去解决这个问题但是成本就会变的很高很高了。

4.

同时也可以换成那种步距角更小的步进电机,或者细分型的步进电机。

2. 步进电机的主要特性

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机,是现代数字程序控制系统中的主要执行元件,应用极为广泛。。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,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,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。

虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。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。

步进电机又称为脉冲电机,基于最基本的电磁铁原理,它是一种可以自由回转的电磁铁,其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。其原始模型是起源于年至年间。年前后开始以控制为目的的尝试,应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电机。二十世纪初,在电话自动交换机中广泛使用了步进电机。由于西方资本主义列强争夺殖民地,步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后,由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现,步进电机的控制方式更加灵活多样。

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。而且它可开环位置控制,输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量,这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低,几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比,而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。

由于步进电机是一个把电脉冲转换成离散的机械运动的装置,具有很好的数据控制特性,因此,计算机成为步进电机的理想驱动源,随着微电子和计算机技术的发展,软硬件结合的控制方式成为了主流,即通过程序产生控制脉冲,驱动硬件电路。单片机通过软件来控制步进电机,更好地挖掘出了电机的潜力。因此,用单片机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势,也符合数字化的时代趋。

3. 步进电机研究现状与意义

步进电机驱动的使能信号大部分用户没有使用,如果使用的话,当有使能信号给步进驱动器后,步进电机会被释放掉,就像步进电机什么也没有接一样的,如果没有使能信号,步进电机手动旋转它,会有阻力的。各驱动器厂家的使能信号的含义都一样的。

4. 步进电机有何特点

优点

1. 电机旋转的角度正比于脉冲数;  2. 电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时);  3. 由于每步的精度在百分之三到百分之五,而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性;  4. 优秀的起停和反转响应;  5. 由于没有电刷,可靠性较高,因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命;  6. 电机的响应仅由数字输入脉冲确定,因而可以采用开环控制,这使得电机的结构可以比较简单而且控  制成本  7. 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。  8. 由于速度正比于脉冲频率,因而有比较宽的转速范围。

缺点

1. 如果控制不当容易产生共振;  2. 难以运转到较高的转速。 步进电机驱动器的特点  (1)构成步进电机驱动器系统的专用集成电路:  A、脉冲分配器集成电路:如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。  B、包含脉冲分配器和电流斩波的控制器集成电路:如SGS公司的L297、L6506等。  C、只含功率驱动(或包含电流控制、保护电路)的驱动器集成电路:如日本新电元工业公司的MTD1110(四相斩波驱动)和MTD2001(两相、H桥、斩波驱动)。  D、将脉冲分配器、功率驱动、电流控制和保护电路都包括在内的驱动控制器集成电路,如东芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042(四相)和ALLEGRO公司的UCN5804(四相)等。  (2)“细分驱动”概述:  将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法,称为细分驱动,细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的,与电机本身无关。其原理是,让定子通电相电流并不一次升到位,而断电相电流并不一次降为0(绕组电流波形不再是近似方波,而是N级近似阶梯波),则定子绕组电流所产生的磁场合力,会使转子有N个新的平衡位置(形成N个步距角)

5. 步进电机的发展前景

刚刚

优点

1. 电机旋转的角度正比于脉冲数;  2. 电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时);  3. 由于每步的精度在百分之三到百分之五,而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性;  4. 优秀的起停和反转响应;  5. 由于没有电刷,可靠性较高,因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命;  6. 电机的响应仅由数字输入脉冲确定,因而可以采用开环控制,这使得电机的结构可以比较简单而且控  制成本  7. 仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转。  8. 由于速度正比于脉冲频率,因而有比较宽的转速范围。

缺点

1. 如果控制不当容易产生共振;  2. 难以运转到较高的转速。 步进电机驱动器的特点  (1)构成步进电机驱动器系统的专用集成电路:  A、脉冲分配器集成电路:如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。  B、包含脉冲分配器和电流斩波的控制器集成电路:如SGS公司的L297、L6506等。  C、只含功率驱动(或包含电流控制、保护电路)的驱动器集成电路:如日本新电元工业公司的MTD1110(四相斩波驱动)和MTD2001(两相、H桥、斩波驱动)。  D、将脉冲分配器、功率驱动、电流控制和保护电路都包括在内的驱动控制器集成电路,如东芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042(四相)和ALLEGRO公司的UCN5804(四相)等。  (2)“细分驱动”概述:  将“电机固有步距角”细分成若干小步的驱动方法,称为细分驱动,细分是通过驱动器精确控制步进电机的相电流实现的,与电机本身无关。其原理是,让定子通电相电流并不一次升到位,而断电相电流并不一次降为0(绕组电流波形不再是近似方波,而是N级近似阶梯波),则定子绕组电流所产生的磁场合力,会使转子有N个新的平衡位置(形成N个步距角)。

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提问

6. 步进电机的现状分析

1. 检查电机本身是否出现轴承生锈、退磁、短路等故障。

2. 检查电流是否过小,电流过小将无法带动电机运转。

3. 检查电机线路是否接错或接触不良,如果正在使用的电机突然停转,优先检查驱动线路是否破损或断开。

4. 检查保险丝是否烧毁,若是则更换保险丝后电机即可恢复运转。

5. 检查脉冲频率是否过高,过高的脉冲频率同样会使电机不转。

6. 检查电机力矩是否足够带动负载,步进电机如果负载过重运行将可能造成停转。

7. 检查电源灯是否亮起,若电源灯不亮则说明电源发生了故障,检查供电电路是否有问题。

8. 检查TM灯是否亮起,若电源灯亮而TM灯常亮或不亮则说明信号电路发生故障,检查信号电路是否接好,检查信号驱动能力是否正常。

9. 检查OC灯是否亮起,若OC灯不亮则说明驱动器保护出了问题,检查电流是否过大、线路是否接错、电源是否过低,尝试重新上电。

10. 检查电源开关是否正常,打开电源开关,用万用表的欧姆档测开关输入端与输出端电阻,若电阻显示无穷大则说明电源开关损坏,更换电源开关即可恢复。

11. 检查霍尔转把是否正常,用万用表的直流电压档测转把输出端绿色线的电压,如果有1~4.2V电压输出则为正常,没有电压输出说明转把损坏,进行更换即可。

12. 检查控制器是否正常,用万用表的直流电压档测控制器输出端红色线,如果测得5 V左右电压则为正常,没有电压输出说明控制器损坏,进行更换即可。

13. 检查电机接线头是否有松动的情况,检查是否有触点接触不良的问题。

14. 检查电机是否烧坏,接好除电机与控制器之间以外的线,缓慢转动电机,通过万用表测得霍尔线的电压是否变化,如有一相没变化则说明霍尔元件被烧毁了,更换电机即可。

7. 步进电机的工作

确定步进电机的拉力首先要考虑两个因素,一是步进电机的额定扭矩,二是步进电机输出轴安装的滚轮半径。

举个实例,我们选用一款额定扭矩为2.8牛米步进电机,给它安装一个半径为0.1米的滚轮。根据步进电机扭矩可以计算出在电机输出轴0.1米垂直方向可产生的力为280牛,也就是0.1米半径的滚轮外缘可产生280牛的拉力,经换算相当于28.57公斤的拉力。

8. 步进电机发展现状

由于步进电机铁芯的步进齿的模具加工时有累积误差,所以步进电机在每一转内有累积误差,而且无法消除!

间接的办法是:加工减速器,并提高步进电机的转速,如减速器减一半转速,步进电机提高一倍转速,这样误差将减少一半。

这种方法有局限性,当驱动载荷的转速要求较高时不能用。但步进电机在第一转与以后的每转都是没有累积误差的。

9. 步进电机现象

一般有两种情况。

机械磨损(轴承损坏,转子变形,轴断裂,磨损,内波形圈断裂)。

线圈烧毁,电机线断开。

如果电机外观良好,旋转电机无卡顿现象,则需要测量步进电机每相电阻值是否一致(具体根据不同规格和出线方式,电阻值可能有几个参数)。

步进电机接上与之配套的驱动器,和控制系统使用时,发热明显,有烧焦的气味也是步进电机损坏的表现。

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