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鸣志步进电机简介(中)

时间:2021-04-15 11:45:18来源:上海安浦鸣志自动化设备有限公司

导语:​使用微步驱动模式, 将原来的一步细分为多步运行, 提高电机的每步分辨率, 从而降低振动。 这可以通过调整电机的相电流比来实现的。 微步并不会增加步距角精确度, 却能使电机运行更加平稳, 噪音更小。 一般电机在半步运行时, 力矩会比整步时小15%, 而采用正弦波电流控制时, 力矩将减小30%。

鸣志

鸣志步进电机技术参数与术语
负载

A.  力矩负载 (Tf)
Tf = G * r
G: 负载重量
r: 半径

电机

B.  惯量负载 (TJ)
TJ = J * dw/dt
J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm)
M: 负载质量
R1: 外圈半径
R2: 内圈半径
dω/dt: 角加速度

速度-力矩曲线

A.  工作频率点
电机在某一点的转速值
n = q * Hz / (360 * D)
n: /
Hz: 频率值
D: 驱动电路细分值
q: 步距角
例如 距角1.8°的步进电机 1/2 细分驱动方式下
(即每步 0.9°) 工作频率 500Hz 时的转速为1.25r/s.

电机

B.  自启动区域
步进电机可以直接启动和停止的区域

C.  连续运行区域
在该区域内, 电机无法直接启动或停止。 电机在该区域内运行必须先经过自启动区域, 然后经过加速达到该工作区域运行。 同理, 电机在该区域内也无法直接制动, 否则容易造成电机失步, 必须先经减速到达自启动区域内再制动。

D.  最高启动频率
电机空载状态下, 保证电机不丢步运行的最大脉冲频率。


E.  最高运行频率

空载情况下 已励磁电机运行而不丢步的最高脉冲频率


F.   启动力矩/牵入力矩
满足步进马达在一定脉冲频率下启动并开始运行, 不失步的最大负载力矩


G.  运行力矩/牵出力矩
满足步进马达在一定脉冲频率下稳定运行 不失步的最大负载力矩


加速/减速运动控制

当电机运行频率点在速度-力矩曲线的连续运行区域内时 如何缩短电机启动或停止时的加速或减速时间 使电机更长时间地运行在最佳速度状态 从而提高电机的有效运行时间是非常关键的


如右图所示 步进电机的动态力矩特性曲线 低速运行时曲线为水平直线状态 高速运行时 由于受到电感的影响 曲线发生了指数下降

电机

A. 低转速状态下的直线加速运行
已知电机负载为TL 假设想从F0 在最短时间 (t r)内加速到F1 如何来计算最短时间 t r ?
(1) 通常情况下 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<t r

B. 高转速状态下的指数加速运行
(1) 通常情况下
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)

备注
J 表示电机转子加负载时的转动惯量
q 表示每一步的转动角度 在整部驱动时就是指电机的步距角
在减速运行时 只需将上述的加速脉冲频率反转过来计算就可以了


振动与噪音

一般来讲, 步进电机在空载运行情况下, 当电机的运行频率接近或等于电机转子的固有频率时会发生共振,严重的会发生失步现象。
针对共振的几种解决方案:
A. 避开振动区
使电机的工作频率不落在振动范围内
B. 采用细分的驱动模式
使用微步驱动模式, 将原来的一步细分为多步运行, 提高电机的每步分辨率, 从而降低振动。 这可以通过调整电机的相电流比来实现的。 微步并不会增加步距角精确度, 却能使电机运行更加平稳, 噪音更小。 一般电机在半步运行时, 力矩会比整步时小15%, 而采用正弦波电流控制时, 力矩将减小30%

未完待续

鸣志是一家专业从事高精度及经济性运动控制产品的专业公司,我们的产品包括步进和伺服电机、驱动器、以及直线模组。我们的标准化和定制化产品服务于各种行业用户及设备制造商。鸣志拥有深度开发的电机和专业的控制技术,我们为您提供最好的运动控制解决方案。

标签: 鸣志电机步进电机

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