步进电机技术参数与术语

时间:2019-11-14 10:28 作者:鸣志迷 分享到:

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

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

速度-力矩曲线是步进电机输出特性的重要

表现形式:

A. 工作频率点

电机在某一点的转速值。

n = q * Hz / (360 * D)

n: 转/秒

Hz: 频率值

D: 驱动电路细分值

q: 步距角

例如: 步距角1.8°的步进电机,在 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.

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。

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 < tr

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%。

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