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概述: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。 二相/五相步進電機差異比較:
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二相步進電機 |
五相步進電機 |
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電機構造(請參照圖三) |
8個主極8231;;4相(2相)4極線圈 |
10個主極8231;;5相2極線圈 |
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分解能 |
1.8°/0.9°(200、400分割/圈) |
0.72°/0.36°(500、1000分割/圈)
較二相步進電機高出2.5倍
分解能。 |
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振動性 |
100-200PPS之間為低速共振領域,
振動較大 |
無顯著共振點
低振動 |
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速度―轉矩特性 |
於速度上不及五相步進電機 |
高速度、高轉矩 |
步bu進jin電dian機ji是shi一yi種zhong離li散san運yun動dong的de裝zhuang置zhi,它ta和he現xian代dai數shu字zi控kong製zhi技ji術shu有you著zhe本ben質zhi的de聯lian係xi。在zai目mu前qian國guo內nei的de數shu字zi控kong製zhi係xi統tong中zhong,步bu進jin電dian機ji的de應ying用yong十shi分fen廣guang泛fan。隨sui著zhe全quan數shu字zi式shi交jiao流liu伺si服fu係xi統tong的de出chu現xian,交jiao流liu伺si服fu電dian機ji也ye越yue來lai越yue多duo地di應ying用yong於yu數shu字zi控kong製zhi係xi統tong中zhong。為wei了le適shi應ying數shu字zi控kong製zhi的de發fa展zhan趨qu勢shi,運yun動dong控kong製zhi係xi統tong中zhong大da多duo采cai用yong步bu進jin電dian機ji或huo全quan數shu字zi式shi交jiao流liu伺si服fu電dian機ji作zuo為wei執zhi行xing電dian動dong機ji。雖sui然ran兩liang者zhe在zai控kong製zhi方fang式shi上shang相xiang似si(脈衝串和方向信號),但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。現就二者的使用性能作一比較。
一、控製精度不同
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於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。
交流伺服電機的控製精度由電機軸後端的旋轉編碼器保證。以鬆下全數字式交流伺服電機為例,對於帶標準2500線編碼器的電機而言,由於驅動器內部采用了四倍頻技術,其脈衝當量為360°/10000=0.036°。對於帶17位編碼器的電機而言,驅動器每接收217=131072個脈衝電機轉一圈,即其脈衝當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的脈衝當量的1/655。
二、低頻特性不同
bujindianjizaidisushiyichuxiandipinzhendongxianxiang。zhendongpinlvyufuzaiqingkuanghequdongqixingnengyouguan,yibanrenweizhendongpinlvweidianjikongzaiqitiaopinlvdeyiban。zhezhongyoubujindianjidegongzuoyuanlisuojuedingdedipinzhendongxianxiangduiyujiqidezhengchangyunzhuanfeichangbuli。dangbujindianjigongzuozaidisushi,yibanyingcaiyongzunijishulaikefudipinzhendongxianxiang,biruzaidianjishangjiazuniqi,huoqudongqishangcaiyongxifenjishudeng。
交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)運(yun)轉(zhuan)非(fei)常(chang)平(ping)穩(wen),即(ji)使(shi)在(zai)低(di)速(su)時(shi)也(ye)不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)振(zhen)動(dong)現(xian)象(xiang)。交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)共(gong)振(zhen)抑(yi)製(zhi)功(gong)能(neng),可(ke)涵(han)蓋(gai)機(ji)械(xie)的(de)剛(gang)性(xing)不(bu)足(zu),並(bing)且(qie)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)具(ju)有(you)頻(pin)率(lv)解(jie)析(xi)機(ji)能(neng)(FFT),可檢測出機械的共振點,便於係統調整。
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(bu)進(jin)電(dian)機(ji)一(yi)般(ban)不(bu)具(ju)有(you)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)。交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)具(ju)有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)。以(yi)鬆(song)下(xia)交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)為(wei)例(li),它(ta)具(ju)有(you)速(su)度(du)過(guo)載(zai)和(he)轉(zhuan)矩(ju)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)。其(qi)最(zui)大(da)轉(zhuan)矩(ju)為(wei)額(e)定(ding)轉(zhuan)矩(ju)的(de)三(san)倍(bei),可(ke)用(yong)於(yu)克(ke)服(fu)慣(guan)性(xing)負(fu)載(zai)在(zai)啟(qi)動(dong)瞬(shun)間(jian)的(de)慣(guan)性(xing)力(li)矩(ju)。步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)這(zhe)種(zhong)過(guo)載(zai)能(neng)力(li),在(zai)選(xuan)型(xing)時(shi)為(wei)了(le)克(ke)服(fu)這(zhe)種(zhong)慣(guan)性(xing)力(li)矩(ju),往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)選(xuan)取(qu)較(jiao)大(da)轉(zhuan)矩(ju)的(de)電(dian)機(ji),而(er)機(ji)器(qi)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)期(qi)間(jian)又(you)不(bu)需(xu)要(yao)那(na)麼(me)大(da)的(de)轉(zhuan)矩(ju),便(bian)出(chu)現(xian)了(le)力(li)矩(ju)浪(lang)費(fei)的(de)現(xian)象(xiang)。
五、運行性能不同
步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)為(wei)開(kai)環(huan)控(kong)製(zhi),啟(qi)動(dong)頻(pin)率(lv)過(guo)高(gao)或(huo)負(fu)載(zai)過(guo)大(da)易(yi)出(chu)現(xian)丟(diu)步(bu)或(huo)堵(du)轉(zhuan)的(de)現(xian)象(xiang),停(ting)止(zhi)時(shi)轉(zhuan)速(su)過(guo)高(gao)易(yi)出(chu)現(xian)過(guo)衝(chong)的(de)現(xian)象(xiang),所(suo)以(yi)為(wei)保(bao)證(zheng)其(qi)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du),應(ying)處(chu)理(li)好(hao)升(sheng)、jiangsuwenti。jiaoliusifuqudongxitongweibihuankongzhi,qudongqikezhijieduidianjibianmaqifankuixinhaojinxingcaiyang,neibugouchengweizhihuanhesuduhuan,yibanbuhuichuxianbujindianjidediubuhuoguochongdexianxiang,kongzhixingnenggengweike*。
六、速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鍾幾百轉)需要200~400毫秒。交流伺服係統的加速性能較好,以鬆下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,可用於要求快速啟停的控製場合。
zongshangsuoshu,jiaoliusifuxitongzaixuduoxingnengfangmiandouyouyubujindianji。danzaiyixieyaoqiubugaodechangheyejingchangyongbujindianjilaizuozhixingdiandongji。suoyi,zaikongzhixitongdeshejiguochengzhongyaozonghekaolvkongzhiyaoqiu、成本等多方麵的因素,選用適當的控製電機
步bu進jin電dian機ji是shi一yi種zhong離li散san運yun動dong的de裝zhuang置zhi,它ta和he現xian代dai數shu字zi控kong製zhi技ji術shu有you著zhe本ben質zhi的de聯lian係xi。在zai目mu前qian國guo內nei的de數shu字zi控kong製zhi係xi統tong中zhong,步bu進jin電dian機ji的de應ying用yong十shi分fen廣guang泛fan。隨sui著zhe全quan數shu字zi式shi交jiao流liu伺si服fu係xi統tong的de出chu現xian,交jiao流liu伺si服fu電dian機ji也ye越yue來lai越yue多duo地di應ying用yong於yu數shu字zi控kong製zhi係xi統tong中zhong。為wei了le適shi應ying數shu字zi控kong製zhi的de發fa展zhan趨qu勢shi,運yun動dong控kong製zhi係xi統tong中zhong大da多duo采cai用yong步bu進jin電dian機ji或huo全quan數shu字zi式shi交jiao流liu伺si服fu電dian機ji作zuo為wei執zhi行xing電dian動dong機ji。雖sui然ran兩liang者zhe在zai控kong製zhi方fang式shi上shang相xiang似si(脈衝串和方向信號),但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。現就二者的使用性能作一比較。 控製精度不同 兩相混合式步進電機步距角一般為3.6度、 1.8度,五相混合式步進電機步距角一般為0.72 度、0.36度。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於慢走絲機床的步進電機,其步距角為0.09度;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度、0.9度、0.72度、0.36度、0.18度、0.09度、0.072度、0.036度,兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。 交流伺服電機的控製精度由電機軸後端的旋轉編碼器保證。以鬆下全數字式交流伺服電機為例,對於帶標準2500線編碼器的電機而言,由於驅動器內部采用了四倍頻技術,其脈衝當量為360度/10000=0.036度。對於帶17位編碼器的電機而言,驅動器每接收217=131072個脈衝電機轉一圈,即其脈衝當量為360度/131072=9.89秒。是步距角為1.8度的步進電機的脈衝當量的1/655。 低頻特性不同 bujindianjizaidisushiyichuxiandipinzhendongxianxiang。zhendongpinlvyufuzaiqingkuanghequdongqixingnengyouguan,yibanrenweizhendongpinlvweidianjikongzaiqitiaopinlvdeyiban。zhezhongyoubujindianjidegongzuoyuanlisuojuedingdedipinzhendongxianxiangduiyujiqidezhengchangyunzhuanfeichangbuli。dangbujindianjigongzuozaidisushi,yibanyingcaiyongzunijishulaikefudipinzhendongxianxiang,biruzaidianjishangjiazuniqi,huoqudongqishangcaiyongxifenjishudeng。 交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)運(yun)轉(zhuan)非(fei)常(chang)平(ping)穩(wen),即(ji)使(shi)在(zai)低(di)速(su)時(shi)也(ye)不(bu)會(hui)出(chu)現(xian)振(zhen)動(dong)現(xian)象(xiang)。交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)具(ju)有(you)共(gong)振(zhen)抑(yi)製(zhi)功(gong)能(neng),可(ke)涵(han)蓋(gai)機(ji)械(xie)的(de)剛(gang)性(xing)不(bu)足(zu),並(bing)且(qie)係(xi)統(tong)內(nei)部(bu)具(ju)有(you)頻(pin)率(lv)解(jie)析(xi)機(ji)能(neng)(FFT),可檢測出機械的共振點,便於係統調整。 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。 過載能力不同 步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)一(yi)般(ban)不(bu)具(ju)有(you)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)。交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)電(dian)機(ji)具(ju)有(you)較(jiao)強(qiang)的(de)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)。以(yi)鬆(song)下(xia)交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)係(xi)統(tong)為(wei)例(li),它(ta)具(ju)有(you)速(su)度(du)過(guo)載(zai)和(he)轉(zhuan)矩(ju)過(guo)載(zai)能(neng)力(li)。其(qi)最(zui)大(da)轉(zhuan)矩(ju)為(wei)額(e)定(ding)轉(zhuan)矩(ju)的(de)三(san)倍(bei),可(ke)用(yong)於(yu)克(ke)服(fu)慣(guan)性(xing)負(fu)載(zai)在(zai)啟(qi)動(dong)瞬(shun)間(jian)的(de)慣(guan)性(xing)力(li)矩(ju)。步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)因(yin)為(wei)沒(mei)有(you)這(zhe)種(zhong)過(guo)載(zai)能(neng)力(li),在(zai)選(xuan)型(xing)時(shi)為(wei)了(le)克(ke)服(fu)這(zhe)種(zhong)慣(guan)性(xing)力(li)矩(ju),往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)選(xuan)取(qu)較(jiao)大(da)轉(zhuan)矩(ju)的(de)電(dian)機(ji),而(er)機(ji)器(qi)在(zai)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)期(qi)間(jian)又(you)不(bu)需(xu)要(yao)那(na)麼(me)大(da)的(de)轉(zhuan)矩(ju),便(bian)出(chu)現(xian)了(le)力(li)矩(ju)浪(lang)費(fei)的(de)現(xian)象(xiang)。 運行性能不同 步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)為(wei)開(kai)環(huan)控(kong)製(zhi),啟(qi)動(dong)頻(pin)率(lv)過(guo)高(gao)或(huo)負(fu)載(zai)過(guo)大(da)易(yi)出(chu)現(xian)丟(diu)步(bu)或(huo)堵(du)轉(zhuan)的(de)現(xian)象(xiang),停(ting)止(zhi)時(shi)轉(zhuan)速(su)過(guo)高(gao)易(yi)出(chu)現(xian)過(guo)衝(chong)的(de)現(xian)象(xiang),所(suo)以(yi)為(wei)保(bao)證(zheng)其(qi)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du),應(ying)處(chu)理(li)好(hao)升(sheng)、jiangsuwenti。jiaoliusifuqudongxitongweibihuankongzhi,qudongqikezhijieduidianjibianmaqifankuixinhaojinxingcaiyang,neibugouchengweizhihuanhesuduhuan,yibanbuhuichuxianbujindianjidediubuhuoguochongdexianxiang,kongzhixingnenggengweike*。 速度響應性能不同 步進電機從靜止加速到工作轉速(一般為每分鍾幾百轉)需要200~400毫秒。交流伺服係統的加速性能較好,以鬆下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,可用於要求快速啟停的控製場合。 zongshangsuoshu,jiaoliusifuxitongzaixuduoxingnengfangmiandouyouyubujindianji。danzaiyixieyaoqiubugaodechangheyejingchangyongbujindianjilaizuozhixingdiandongji。suoyi,zaikongzhixitongdeshejiguochengzhongyaozonghekaolvkongzhiyaoqiu、成本等多方麵的因素,選用適當的控製電機。 步進電機是一種將電脈衝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衝信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(及步進角)。 您可以通過控製脈衝個數來控製角位移量,從而達到準確定位的目的;同時您可以通過控製脈衝頻率來控製電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的。 步進電機分三種:永磁式(PM) ,反應式(VR)和混合式(HB) 永磁式步進一般為兩相,轉矩和體積較小,步進角一般為7.5度 或15度; 反應式步進一般為三相,可實現大轉矩輸出,步進角一般為1.5度,但噪聲和振動都很大。在歐美等發達國家80年代已被淘汰; 混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相和五相:兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。
如何正確選擇伺服電機和步進電機? 主要視具體應用情況而定,簡單地說要確定:負載的性質(如水平還是垂直負載等),轉矩、慣量、轉速、精度、加減速等要求,上位控製要求(如對端口界麵和通訊方麵的要求),主要控製方式是位置、轉矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源,或電池供電,電壓範圍。據此以確定電機和配用驅動器或控製器的型號。 2,選擇步進電機還是伺服電機係統? 其實,選擇什麼樣的電機應根據具體應用情況而定,各有其特點。請見下表,自然明白。
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參 數 |
步進電機係統 |
伺服電機係統 |
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力矩範圍 |
中小力矩(一般在20Nm以下) |
小中大,全範圍 |
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速度範圍 |
低(一般在2000RPM以下,大力矩電機小於1000RPM) |
高(可達5000RPM),直流伺服電機更可達1~2萬轉/分 |
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控製方式 |
主要是位置控製 |
多樣化智能化的控製方式,位置/轉速/轉矩方式 |
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平滑性 |
低速時有振動(但用細分型驅動器則可明顯改善) |
好,運行平滑 |
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精 度 |
一般較低,細分型驅動時較高 |
高(具體要看反饋裝置的分辨率) |
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矩頻特性 |
高速時,力矩下降快 |
力矩特性好,特性較硬 |
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過載特性 |
過載時會失步 |
可3~10倍過載(短時) |
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反饋方式 |
大多數為開環控製,也可接編碼器 |
防止失步 閉環方式,編碼器反饋 |
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編碼器類型 |
光電型旋轉編碼器 |
(增量型/絕對值型),旋轉變壓器型 |
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響應速度 |
一般 |
快 |
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耐振動 |
好 |
一般(旋轉變壓器型可耐振動) |
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溫 升 |
運行溫度高 |
一般 |
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維護性 |
基本可以免維護 |
較好 |
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價 格 |
低 |
高 |
3,如何配用步進電機驅動器? genjudianjidedianliu,peiyongdayuhuodengyucidianliudequdongqi。ruguoxuyaodizhendonghuogaojingdushi,kepeiyongxifenxingqudongqi。duiyudazhuanjudianji,jinkenengyonggaodianyaxingqudongqi,yihuodelianghaodegaosuxingneng。 4,2相和5相步進電機有何區別,如何選擇? 2相電機成本低,但在低速時的震動較大,高速時的力矩下降快。5相電機則振動較小,高速性能好,比2相電機的速度高30~50%,可在部分場合取代伺服電機。 5,使用電機時要注意的問題? 上電運行前要作如下檢查: 1)電源電壓是否合適(過壓很可能造成驅動模塊的損壞);對於直流輸入的+/-極性一定不能接錯,驅動控製器上的電機型號或電流設定值是否合適(開始時不要太大); 2)控製信號線接牢靠,工業現場最好要考慮屏蔽問題(如采用雙絞線); 3)不要開始時就把需要接的線全接上,隻連成最基本的係統,運行良好後,再逐步連接。 4)一定要搞清楚接地方法,還是采用浮空不接。 5)開始運行的半小時內要密切觀察電機的狀態,如運動是否正常,聲音和溫升情況,發現問題立即停機調整。
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