步進電機技術參數與術語

時間:2019-11-14 10:28 作者:鳴志迷 分享到:

技術參數與術語


? 負載
A. 力矩負載 (Tf)
Tf = G * r
G: 負載重量
r: 半徑
B. 慣量負載 (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: 負載質量
R1: 外圈半徑
R2: 內圈半徑
dω/dt:角加速度
? 速度-力矩曲線
速度-力矩曲線是步進電機輸出特性的重要
表現形式。
A. 工作頻率點
電機在某一點的轉速值。
n = q * Hz / (360 * D)
n: 轉/秒
Hz: 頻率值
D: 驅動電路細分值
q: 步距角
例如: 步距角1.8°的步進電機,在 1/2 細分驅動方式下 (即每步 0.9°) 、工作頻率 500Hz 時的 轉速為1.25r/s.

B. 自啟動區域
步進電機可以直接啟動和停止的區域。
C. 連續運行區域
在該區域內,電機無法直接啟動或停止。電機在該區域內運行必須先經過自啟動區域,然后經過加速達 到該工作區域運行。同理,電機在該區域內也無法直接制動,否則容易造成電機失步,必須先經減速到 達自啟動區域內再制動。
D. 最高啟動頻率
電機空載狀態下,保證電機不丟步運行的最大脈沖頻率。
E. 最高運行頻率
空載情況下,已勵磁電機運行而不丟步的最高脈沖頻率。
F. 啟動力矩/牽入力矩
滿足步進馬達在一定脈沖頻率下啟動并開始運行,不失步的最大負載力矩。
G. 運行力矩/牽出力矩
滿足步進馬達在一定脈沖頻率下穩定運行,不失步的最大負載力矩。

? 加速/減速運動控制
當電機運行頻率點在速度-力矩曲線的連續運行區域 內時,如何縮短電機啟動或停止時的加速或減速時 間,使電機更長時間地運行在最佳速度狀態,從而 提高電機的有效運行時間是非常關鍵的。 如右圖所示,步進電機的動態力矩特性曲線,低速 運行時曲線為水平直線狀態;高速運行時,由于受 到電感的影響,曲線發生了指數下降。
A. 低轉速狀態下的直線加速運行
已知電機負載為TL,假設想從F0 在最短時間 (t r) 內加速到 F1,如何來計算最短時間 t r
(1) 通常情況下 TJ = 70%Tm
(2) t r = 1.8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL)
(3) F (t) = (F1-F0) * t/t r + F0, 0< t < tr
B. 高轉速狀態下的指數加速運行
(1) 通常情況下
TJ 0 = 70%Tm0,
TJ 1 = 70%Tm1,
TL = 60%Tm1
(2) t r = F4 * I n [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)]
(3) F (t) = F2 * [1 – e^(-t/F4)] + F0, 0 < t < tr
F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0)
F4 = 1.8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ 0-TL)

備注:
J 表示電機轉子加負載時的轉動慣量。
q 表示每一步的轉動角度,在整部驅動時就是指電機的步距角。
在減速運行時,只需將上述的加速脈沖頻率反轉過來計算就可以了。
? 振動與噪音
一般來講,步進電機在空載運行情況下,當電機的運行頻率接近或等于電機轉子的固有頻率時 會發生共振,嚴重的會發生失步現象。
針對共振的幾種解決方案:
A. 避開振動區
使電機的工作頻率不落在振動范圍內
B. 采用細分的驅動模式
使用微步驅動模式,將原來的一步細分為多步運行,提高電機的每步分辨率,從而降低振動。這可以通過 調整電機的相電流比來實現的。微步并不會增加步距角精確度,卻能使電機運行更加平穩,噪音更小。一 般電機在半步運行時,力矩會比整步時小15%,而采用正弦波電流控制時,力矩將減小30%。

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