步进电机分类、工作原理、主要参数、控制时序及电路图简易分析(二) 步进电机的主要参数概念相:绕组的个数齿距角:转子相邻两齿的夹角拍:绕组的通电状态。如:三拍表示一个周期共有三种通电状态,六拍表示一个周期共有六种通电状态,每个周期步进电机转动一个齿距角步距角θs:转子每拍转动的角度,步距角θs=360/(NZ)N:步进电机的拍数Z:转子的齿数步距角反映出步进电机的精度,步距角越小,该步进电机能够输出的单位位移量越小。步距角与电机本身结构(转子齿数)和工作方式(拍数)有关。
空载启动频率:即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转。丢步(失步):转子前进的步数小于脉冲数越步:转子前进的步数多于脉冲数保持转矩(HOLDING TORQUE):是指步进电机通电但没有转动时,定子锁住转子的力矩。转动角度与转速的计算转动角度的计算步进电机转动的角度θ=θs*YY:脉冲数以步距角为1.8°两相步进电机为例
电机转速的计算电机启动时要先从低转速开始,慢慢到高转速,即频率由低到高,到达设定的转速。步进电机的转速V计算公式:
f:脉冲频率(Hz),既每秒输入脉冲数
步进电机的速度与转矩特性相同尺寸下的伺服电机与步进电机的速度力矩特性比较如下图
由上图知:步进电机低转速扭矩大,高转速扭矩小(原因参见反电动势特性章节)相同尺寸的步进电机和伺服电机,低转速步进电机扭矩大步进电机适合低转速,高扭矩的的应用场景。反电动势特性电动势的来源电动势,是导体内电子运动的必要条件,也是电子运动趋势的一种表现,因而具有一定的方向性。电动势的方向,规定为从电源的负极,经过电源内部指向电源的正极,即与电源两端电压的方向相反。反电动势,是指由反抗电流发生改变的趋势而产生电动势。反电动势一般出现在电磁线圈中,如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈、电动机、电感等。
电机的反电动势对于电动机产品,定子部分是电能的输入端,而转子部分则是电机做功的输出端;通过定子部分输入的电能,一部分用于转子部分做功,另一部分则会消耗于线路内阻,以及其他损耗。转子部分产生的反电动势,即电动机做功的要素。反电动势消耗了电路中的电能,但它并不是一种“损耗”,与反电动势对应的那部分电能,将转化为用电设备的能量输入。影响电机反电动势的因素,包括定子绕组的匝数、转子磁体产生的磁场、转子角速度和定子与转子之间的气隙。
反电动势特性当负载过大或机械故障导致堵转时,这时反电动势很小,相当于电阻很小的绕组直接接在电源两端,在相同工作电压下电流会很大,电机绕组将会应为电流多大而烧坏。因此转子静止启动时,如堵转或启动瞬间,应为反电动势较小,所以电流较大。
电机损耗(铜损、铁损和谐波损耗)通常见到的各类电机,内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组线圈有电阻,通电会产生损耗,损耗大小与电阻和电流的平方成正比,这就是我们常说的铜损。如果电流不是标准的直流或正弦波,还会产生谐波损耗;铁心有磁滞涡流效应,在交变磁场中也会产生损耗,其大小与材料,电流,频率,电压有关,这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来,从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出,效率比较低,电流一般比较大,且谐波成分高,电流交变的频率也随转速而变化,因而步进电机普遍存在发热情况,且情况比一般交流电机严重。
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