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數(shù)控機床

施邁特步進驅動器及步進電機概述

星之球激光 來源:中國工控網2011-10-10 我要評論(0 )   

施邁特步進驅動器的電流: 電流是判斷驅動器能力的大小,是選擇驅動器的重要指標之一,通常驅動器的最大電流要略大于電機標稱電流,通常驅動器有2A、4A、5A、7A、10A等...

施邁特步進驅動器的電流:
電流是判斷驅動器能力的大小,是選擇驅動器的重要指標之一,通常驅動器的最大電流要略大于電機標稱電流,通常驅動器有2A、4A、5A、7A、10A等規(guī)格。
施邁特步進驅動器供電電壓:
供電電壓是判斷驅動器升速能力的標志,常規(guī)電壓供給有:24VDC、40VDC、50VDC、80VDC、110VA、220VAC等。
施邁特步進驅動器的細分:
細分是控制精度的標志,通過增大細分能改善精度。細分能增加電機平穩(wěn)性,通常步進電機都有低頻振動的特點,通過加大細分可以改善,使電機運行非常平穩(wěn)。 
控制信號接口說明:
1、差分式接口:
施邁特電氣(SHIMET)步進驅動器采用差分式接口電路,內置高速光電耦合器 ,允許接收長線驅動器,集電極開路和PNP輸出電路的信號,可適配各種控制器接口,抗干擾能力強。 
2、單/雙脈沖模式:
施邁特(SHIMET)根據(jù)客戶需要生產出數(shù)款驅動器可以接收兩類脈沖信號:一種為脈沖+方向形式(單脈沖);一種為正脈沖+反脈沖(雙脈沖)形式。可通過驅動器內部的跳線器進行選擇。

 

步進驅動器工作模式 :
有三種基本的步進電機驅動模式:整步、半步、細分。其主要區(qū)別在于電機線圈電流的控制精度(即激磁方式)。 
 1、整步驅動:
在整步運行中,同一種步進電機既可配整/半步驅動器也可配細分驅動器,但運行效果不同。步進驅動器按脈沖/方向指令對兩相步進電機的兩個線圈循環(huán)激磁(即將線圈充電設定電流),這種驅動方式的每個脈沖將使電機移動一個基本步距角,即1.80度 (標準兩相電機的一圈共有200個步距角)。 
2、半步驅動:
在單相激磁時,電機轉軸停至整步位置上,驅動器收到下一脈沖后,如給另一相激磁且保持原來相繼處在激磁狀態(tài),則電機轉軸將移動半個步距角,停在相鄰兩個整步位置的中間。如此循環(huán)地對兩相線圈進行單相然后雙相激磁步進電機將以每個脈沖0.90度的半步方式轉動。所有雷賽公司的整/半步驅動器都可以執(zhí)行整步和半步驅動,由驅動器撥碼開關的撥位進行選擇。和整步方式相比,半步方式具有精度高一倍和低速運行時振動較小的優(yōu)點,所以實際使用整/半步驅動器時一般選用半步模式。 
3、細分驅動:
細分驅動模式具有低速振動極小和定位精度高兩大優(yōu)點。對于有時需要低速運行(即電機轉軸有時工作在60rpm以下)或定位精度要求小于0.90度的步進應用中,細分驅動器獲得廣泛應用。其基本原理是對電機的兩個線圈分別按正弦和余弦形的臺階進行精密電流控制,從而使得一個步距角的距離分成若干個細分步完成。如上圖所示。例如十六細分的驅動方式可使每圈200標準步的步進電機達到每圈200*16=3200步的運行精度(即0.1125°)。雷賽公司可提供規(guī)格齊全、性能優(yōu)越、品質可靠、價格優(yōu)惠的十余款細分驅動器。

1. 負載分類:
(1)Tf力矩負載:
Tf = G·r
G 重物重量 r 半徑

(2)TJ慣性負載:
J = M(R12+R22)/ 32 (Kg·cm)
M:質量
R1:外徑
R2:內徑
TJ = J·dw/dt dw/dt 為角加速度

2、力矩曲線圖的說明
力矩曲線圖是步進電機輸出特性的重要表現(xiàn),以下是我們對其中關鍵詞語的解釋。

說明:
(1). 工作頻率點: 表示步進電機在該點的轉速值。單位:Hz
n=Θ*Hz / (360*D)
n 轉/秒
Hz 該點的頻率值
D 電路的細分值,
Θ 步進電機的步距角
例:1.8步進電機,在1/2細分驅動的情況下(即每步0.9)500Hz 時,其速度是 1.25轉/秒
 
(2). 起動區(qū)域: 步進電機可以直接起動或停止的區(qū)域。
(3). 運行區(qū)域: 在這個區(qū)域里,電機不能直接運行,必須先要在起動區(qū)域 內起動,然后通過加速的方式,才能到達該工作區(qū)域內。同樣,在該區(qū)域內,電機也不能直接制動,否則就會造成失步,必須通過減速的方式到起動區(qū)域內,在進行制動。
(4). 最大起動頻率點:步進電機在空載情況下,最大的直接起動速度點。
(5). 最大運行頻率點:步進電機在空載情況下,可以達到的最大的運行速度點。
(6). 起動力矩:步進電機在特定的工作頻率點下,直接起動可帶動的最大力矩負載值。
(7). 運行力矩:步進電機在特定的工作頻率點下,運行中可帶動的最大力矩負載值。由于運動慣性的原因,所以,運行力矩要比起動力矩大。
 
3 、加速和減速運動的控制

當一個系統(tǒng)的工作頻率點在力矩曲線圖的運行區(qū)域內時,如何在最短的時間內加速,減速就成了關鍵。
如下圖示,步進電機的動態(tài)力矩特性一般在低速時為水平直線狀,在高速時,由于電感的影響,很快下滑。

(1)直線加速運動

已知電機負載為TL,要從F0 在最短時間tr內加速到F1,求tr 和 加速脈頻率F(t)
A.確定TJ,一般TJ =70% Tm。
B.tr = 1.8*10-5*J*Θ*(F1-F0)/ (TJ-TL)
C.F(t)=(F1-F0)*t/tr+F0 , 0 < t < tr

已知電機負載為TL,要從F0 在最短時間tr內加速到F1,求tr 和 加速脈頻率F(t)
A.確定TJ0,TJ1一般TJ0 =70% Tm0,TJ1 =70% Tm1,TL=60%Tm1
B.tr = F4*ln[(TJ0-TL)/(TJ1-TL)]
C.F(t)=F2*[1-e^(-t/F4)]+F0 , 0 < t < tr
其中,F(xiàn)2=(TL-TJ0)*(F1-F0)/(TJ1-TJ0)
F4=1.8*10-5*J*Θ*F2 /( TJ0-TL)
J 為電機轉子和負載的轉動慣量,Θ為每一步的度數(shù),整步運行時為電機步距角。
至于減速的控制,只要將上訴的加速脈頻率反過來進行即可。
 
4 、振動和噪音
一般來說,步進電機在空載運行時,在200pps左右會有一個很嚴重的振動,甚至會產生失步的現(xiàn)象,這是由于電機轉子是一個有質量的物體,當電機運行的頻率接近到轉子的固有頻率,振動就產生了,一般有幾種解決的辦法:
(1). 避開振動區(qū),使電機的工作頻率不在這個范圍內。 #p#分頁標題#e#
(2). 采用細分的驅動方式,使原來1步完成的動作分幾步完成,減少振動,一般半步運動時,電機的力矩比整步時少15%,采用正弦波電流控制時,力矩減小為30%。

 

 

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