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【電腦3D列印.CNC雕刻機.雷射雕刻機】步進電機(馬達)關聯問題解釋

以下是:【電腦3D列印.CNC雕刻機.雷射雕刻機】步進電機(馬達)關聯問題解釋
問題1、什麼是步進電機?
解答:
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:當步進磁碟機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)。
您可以通過控制上位控制系統發出的脈衝個數來控制角位移量,從而達到準確定位的目的。
同時您可以通過控制脈衝頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的目的。
基於上述優點,區別於普通異步電機而言,步進的應用領域多為自動化行業,可進行精確定位。


 

問題2、步進電機使用壽命是怎樣計算?
解答:
電機的壽命由軸承、電磁線、磁鋼的壽命決定,額定使用條件下,壽命最短的是軸承。
軸承壽命公式:

步進電機關聯問題解釋(小時)

(註:以上公式適用於軸承工作時溫度低於120°)

C是基本額定動負荷(軸承的基本參數),單位N

P是當量動負荷(軸承工作時所受的外載荷),單位N

n為代表軸承的工作轉速(電機轉速)(r/min)。

ε為壽命指數,對於球軸承ε=3;對於滾子軸承ε=10/3。

由以上公式可以看出軸承的使用壽命與轉速和軸承工作時所受的外載荷有關,即轉速越高、外載荷越大,則壽命越短。

在不變的徑向和軸向載荷作用下,當量動載荷P的計算公式是:

強大衝擊為1.8~3.0

另外,所受外載荷衝擊力越大,則壽命越短。

順便提到直線電機的軸承選取,止推軸承的承受力.


 

問題3、為什麼步進電機低速時可以標準運轉,但若高於一定速度就無法啟動,並伴有嘯叫聲?

解答:
步進電機有一個技術參數:空載啟動頻率,即步進電機在空載情況下能夠標準啟動的脈衝頻率,如果脈衝頻率高於該值,電機不能標準啟動,可能發生丟步或堵轉。

 

 在有負載的情況下,啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動,脈衝頻率應該有加速過程,即啟動頻率較低,然後按一定加速度升到所希望的高頻
(電機轉速從低速升到高速)。建議使用者:啟動頻率=2*運轉一圈所需脈衝數

加減速曲線:
除上述原因以外,產生嘯叫聲還可能是由於負載過大造成的,高速運轉時電機的輸出扭矩會下降,無法滿足負載要求時電機發生堵轉,並且嘯叫聲會隨著頻率的高低變化而變化,解決辦法是降低轉速或更換扭矩更大的電機。
此外電機在高速運行停止後會出現短促的嘯叫聲,這是由對相電流進行斬波造成的,只需將磁碟機面板上的自動半流設定為有效即可。

問題4、步進電機是恆功率運行,伺服電機是恆轉矩運行?
解答:
P=K*V*N                   P=UI               反電勢
解釋步進電機低速振動發熱,而高速力矩小甚至堵轉的原因.

問題5、如何快速判斷電機相序?
解答:
1.萬用表
2.反電勢法

問題6、步進電機的外表溫度容許達到多少?

解答:
步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁,從而導致力矩下降乃至於失步,因此電機外表容許的最高溫度應取決於不同電機磁性材料的退磁點。
一般來講,磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上,有的甚至高達攝氏200度以上,所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全標準。

問題7、步進電機精度為多少?是否累積?
解答:
一般步進電機的誤差為步距角的3-5%,且不累積。

問題8、如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉時的振動和噪聲?
解答:
步進電機低速轉動時振動和噪聲大是其固有的缺點,一般可採用以下專案來克服:
A.如步進電機正好工作在共振區,可通過改變減速比等機械傳動避開共振區。
B.採用帶有細分功能的磁碟機,這是最常用的、最簡便的方法。
C.換成步距角更小的步進電機,如三相或五相步進電機。
D.換成交流伺服電機,幾乎可以完全克服震動和噪聲,但成本較高。
E.在電機軸上加磁性阻尼器,市場上已有這種產品,但機械結構改變較大。東方,三洋等電機有標配產品可選。
F.電機的相電流設定過大,此時需通過磁碟機將電流值設定為適配值。


 

問題9、步進電機如何分類,分哪幾種?
解答:
步進電機按照電機結構分為三種: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;多半用於價格低廉的消費性產品。
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;
混進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、三相和五相:混進合式步進是工業運動控制應用最常見的電機。

步進電機的相數:
是指電機內定的線圈組數,目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同,其步距角也不同,一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細分磁碟機時,使用者主要靠選取不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分磁碟機,則『相數』將變得沒有意義,使用者只需在磁碟機上改變細分數,就可以改變步距角。

問題10、兩相電機和四相電機有何不同?
解答:
真正的兩相步進電機在定子上只有兩個繞組,有4根出線,一般整步步距角為1.8度,半步為0.9度。在磁碟機中,只要對兩相繞組電流通斷和電流方向進行控制就可以了。而四相步進電機在定子上有四個繞組,有8根出線,整步為0.9度,半步為0.45度,不過在磁碟機中需要對四個繞組進行控制,電路的複雜性和成本都明顯增加。所以一般我們都選取兩相電機配兩相磁碟機,如果需要更小的步距角,可以採用細分磁碟機。不過細心的使用者會發現,四通電機公司生產的電機標稱為兩相,實際有兩相4線的,也有四相8線的;磁碟機中有兩相的卻沒有四相的。這是因為,四相繞組兩兩並聯或串聯後就成為兩相繞組,這樣四相電機就變成兩相電機了,而串聯和並聯會帶來電機的繞組電阻和電感的成倍變化,從而帶來電機運行效能的明顯變化。一般來說,並聯使用時,電機有較好的加速效能,高速力矩保持得好,但是電機需要輸入2倍於額定電流的電流,發熱較大,對磁碟機輸出能力的要求相應提高;而在串聯使用時,電機有較好的低速穩定性,噪音和發熱較小,對磁碟機要求不高,但是高速力矩損失較大。四通提供的磁碟機全部是兩相的,所以電機也必須改接成兩相使用。這就是為什麼我們往往要問客戶電機希望接成串聯的還是並聯的。過去我們的8線電機標成四相,但是經常造成客戶誤會,認為四相電機和兩相磁碟機不符合,為了減少類似麻煩,後來將電機均標成兩相的了。所以,我們有時簡單回答這個問題:兩相電機和四相電機實質上是一回事。

問題11、改變磁碟機細分數是否會提高步進電機的控制精度?
解答:
不能從根本上提高其控制精度,但在低速振動/噪音/溫升等缺陷上可作改善.

問題12、什麼是保持轉矩(HOLDING TORQUE)?
解答:
保持轉矩(HOLDING TORQUE)是指步進電機通電但沒有轉動時,定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數之一,通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由於步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減,輸出功率也隨速度的增大而變化,所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。比如,當人們說2N.m的步進電機,在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進電機。

問題13、什麼是DETENT TORQUE?
解答:
DETENT TORQUE 是指步進電機沒有通電的情況下,定子鎖住轉子的力矩。
DETENT TORQUE 在國內沒有統一的翻譯模式,也有電機廠家把這個參數稱為定位轉矩;由於反應式步進電機的轉子不是永磁材料,所以它沒有DETENT TORQUE。(齒槽轉矩),雕刻機Z軸的設計.

問題14、如何控制步進電機的轉動方向?
解答:
當您的控制器(上位機)發出的是雙脈衝(即正負脈衝)或脈衝信號的幅值不符合時,需要用我們的信號模組轉換為5V單脈衝(脈衝加方向)。
1.輸入為雙脈衝
信號模組的撥碼開關應撥到「雙脈衝」位置。當發正脈衝時,電機正轉;當發負脈衝時,電機反轉。正負脈衝不可同時給,具體時序可參照信號模組說明書。
2.輸入為單脈衝
信號模組的撥碼開關應撥到「單脈衝」位置。當有脈衝輸出時電機轉動,改變方向信號的高低電平可改變電機轉動方向。具體時序可參照信號模組說明書。

問題15、步進電機發熱是否屬於標準現象,一般溫度範圍是多少?
解答:
1.電機發熱的原理:
我們通常見到的各類電機,內定都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻,通電會產生損耗,損耗大小與電阻和電流的平方成正比,這就是我們常說的銅損,如果電流不是標準的直流或正弦波,還會產生諧波損耗;鐵心有磁滯渦流效應,在交變磁場中也會產生損耗,其大小與材料,電流,頻率,電壓有關,這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發熱的形式表現出來,從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出,效率比較低,電流一般比較大,且諧波成分高,電流交變的頻率也隨轉速而變化,因而步進電機普遍存在發熱情況,且情況比一般交流電機嚴重。

2.步進電機發熱的合理範圍:
電機發熱容許到什麼程度,主要取決於電機內定絕緣等級。內定絕緣效能在高溫下(130度以上)才會被破壞。所以只要內定不超過130度,電機不會損環,而這時表面溫度會在90度以下。所以,步進電機表面溫度在70-80度都是標準的。簡單的溫度測量方法有用點溫計的,也可以粗略判斷:用手可以觸摸1-2秒以上,不超過60度;用手只能碰一下,大約在70-80度;滴幾滴水迅速氣化,則90度以上了。

3.步進電機發熱隨速度變化的情況:
採用恆流驅動技術時,步進電機在靜態和低速下,電流會維持恆定,以保持恆力矩輸出。速度高到一定程度,電機內定反電勢升高,電流將逐步下降,力矩也會下降。因此,因銅損帶來的發熱情況就與速度關聯了。靜態和低速時一般發熱高,高速時發熱低。但是鐵損(雖然佔的比例較小)變化的情況卻不盡然,而電機整個的發熱是二者之和,所以上述只是一般情況。

4.發熱帶來的影響:
電機發熱雖然一般不會影響電機的壽命,對大多數客戶沒必要理會。但是嚴重時會帶來一些負面影響。如電機內定各部分熱膨脹係數不同導致結構應力的變化和內定氣隙的微小變化,會影響電機的動態響應,高速會容易失步。又如有些場合不容許電機的過度發熱,如醫療器械和高精度的測試裝置等。因此對電機的發熱應當進行必要的控制。 5,如何減少電機的發熱:減少發熱,就是減少銅損和鐵損。減少銅損有兩個方向,減少電阻和電流,這就要求在選型時盡量選取電阻小和額定電流小的電機,對兩相電機,能用串聯的電機就不用並聯電機。但是這往往與力矩和高速的要求相牴觸。對於已經選取的電機,則應充分利用磁碟機的自動半流控制功能和斷線功能,前者在電機處於靜態時自動減少電流,後者乾脆將電流切斷。另外,細分磁碟機由於電流波形接近正弦,諧波少,電機發熱也會較少。減少鐵損的辦法不多,電壓等級與之有關,高壓驅動的電機雖然會帶來高速特性的提升,但也帶來發熱的增加。所以應當選取合適的驅動電壓等級,兼顧高速性,平穩性和發熱,噪音等指標。

問題16、步進電機如何選型?
解答:
1.必要的客戶咨詢:運行轉速/工作環境溫度/負載大小/電源情況

2.如果對動態響應要求比較高,建議選取電機的轉動慣量最好為負載轉動慣量的2倍,否則只要負載的轉動慣量小於電機的轉動慣量即可。

3.與磁碟機的符合.

問題17、我們現有的步進驅動有幾款?主要適配什麼樣的電機?
解答:
1.MB450A:直流輸入24~50V;;推薦使用者採用36V或48V直流;可適配42~60機座號的步進電機,具體的可參考電機的參數.
2.MD680A:直流輸入24~80V,推薦使用者採用48V或60V直流,可適配57~86機座號的步進電機,具體的可參考電機的參數.
3.2M2260: 交流輸入220V,可適配86~130機座號的步進電機,當使用者採用86機座號電機時,可適當建議使用者採用降低電流檔供電,具體的可參考電機的參數.
4.還有多款兩相及三相磁碟機

問題18、磁碟機介面:
解答:
1.常見的驅動模式:脈衝+方向;正轉脈衝+翻轉脈衝

2.限流電阻的選取:5VTTL電平(無電阻);12V電平(加1K電阻);24V電平(加2K電阻)

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