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步进电机驱动器要如何选型呢?

作者:机械网
文章来源:本站

  确保控制器输出频率足够高的情况下,尽量使用高细分。这样电机运动平稳,控制精度又能提高。

  也就是说你的控制器发不出驱动器所要求的频率,买高细分的驱动

  步进电机驱动器如何选型?步进电机的生产家均有步进电机驱动器与自己的产品完全配套。所有你买什么品牌的步进电机最好买与其配套的步进驱动器为好。

  另外根据多年使用步进的经营经验,有以下几点供参考:一,产品定位。如果整个设备性能要求很高,客户对品牌要求很高那就选日本的东方和山社,国产的雷赛都不逊色。如果客户完全追求价格,那也尽量用雷赛驱动,电机随便选选就行。第二,确定负载。根据不同的传动方式与负载情况算出大概的扭矩要求,考虑转速、惯量、安装尺寸、精度等因素影响选择合适电机。第三,跟据电机电流要求以及供电要求选择合适驱动器。细节问题可咨询驱动器生产厂家。zhaoqifa2021.11.2 Shanghai

  谢邀,步进电机驱动器有:两相低压步进驱动器、两相高压步进驱动器、三相高压步进驱动器、三相低压步进驱动器、两相混合式步进电机、三相混合式步进电机等。

  步进驱动器的选型,本质是由步进电机来决定的,而电机又取决于负载的具体使用场景。一般需要确定最大扭力,最高速度和定位精度,根据这些来确定电机和驱动器的电流电压和细分等参数,另外还要考虑尺寸和安装问题,甚至一些场所还有重量要求。而这些参数,如果在负载模型比较精确情况下,是可以通过公式计算出来的,如果无法确定模型,只能大概根据经验来预估,比如选择最大的电流来满足要求,先满足样机要求,以后再根据实践来调整,请关注:容济点火器

  一、驱动模式的选择

  驱动模式是指如何将传送装置的运动转换为步进电机的旋转。

  下图所示的驱动模式包括了电机的加/减速时间,驱动和定位时间,电机的选型基于模式图。

  ● 必要脉冲数的计算

  必要脉冲数是指传动装置将物体从起始位置传送到目标位置所需要提供给步进电机的脉冲数。必要脉冲数按下面公式计算:

  ● 驱动脉冲速度的计算

  驱动脉冲速度是指在设定的定位时间中电机旋转过一定角度所需要的脉冲数。 驱动脉冲数可以根据必要脉冲数、定位时间和加/减速时间计算得出。

  (1)自启动运行方式

  自启动运行方式是指在驱动电机旋转和停止时不经过加速、减速阶段,而直接以驱动脉冲速度启动和停止的运行方式。

  自启动运行方式通常在转速较低的时候使用。同时,因为在启动/停止时存在一个突然的速度变化,所以这种方式需要较大的加/减速力矩。 自启动运行方式的驱动脉冲速度计算方法如下

  (2)加/减速运行方式

  加//减速运行方式是指电机首先以一个较低的速度启动,经过一个加速过程后达到正常的驱动脉冲速度,运行一段时间之后再经过一个减速过程后电机停止的运行方式。其定位时间包括加速时间、减速时间和以驱动脉冲速度运行的时间。

  加/减速时间需要根据传送距离、速度和定位时间来计算。在加/减速运行方式中,因为速度变化较小,所以需要的力矩要比自启动方式下的力矩小。加/减速运行方式下的驱动脉冲速度计算方法如下:

  二、电机力矩的简单计算示例

  必要的电机力矩=(负载力矩+加/减速力矩)×安全系数

  ● 负载力矩的计算(TL)

  负载力矩是指传送装置上与负载接触部分所受到的摩擦力矩。步进电机驱动过程中始终需要此力矩。负载力矩根据传动装置和物体的重量的不同而不同。许多情况下我们无法得到精确的系统参数,所以下面只给出了简单的计算方法。

  负载力矩可以根据下面的图表和公式来计算。

  (1)滚轴丝杆驱动

  (2)传送带/齿条齿轮传动

  (3)皮带轮传动

  (4)实测方法

  我们也可以通过这种方法得到负载力矩:用弹簧秤拉动滑轮慢慢转动,此时弹簧秤会有一个读数,这个数值就是所用力的大小(FB),然后乘以滑轮的半径就可以得到负载力矩(如下式)。通常这种方法得到数值要比计算得到得结果要精确。

  ● 加/减速力矩的计算 (Ta)

  加/减速力矩是用来加速或减速与电机相连的传动装置。根据加/减速时间和传动装置负载惯性惯量的不同,这个力矩会有很大的变化。因此,自启动运行方式和加/减速运行方式的力矩会有一个较大的不同。加/减速力矩可以按下式计算:

  三、步进电机驱动器工作模式

  有三种基本的步进电机驱动模式:整步、半步、细分。其主要区别在于电机线圈电流的控制精度(即激磁方式)。

  整步驱动

  在整步运行中,同一种步进电机既可配整/半步驱动器也可配细分驱动器,但运行效果不同。步进电机驱动器按脉冲/方向指令对两相步进电机的两个线圈循环激磁(即将线圈充电设定电流),这种驱动方式的每个脉冲将使电机移动一个基本步距角,即1.80度(标准两相电机的一圈共有200个步距角)。

  半步驱动

  在单相激磁时,电机转轴停至整步位置上,驱动器收到下一脉冲后,如给另一相激磁且保持原来相继处在激磁状态,则电机转轴将移动半个步距角,停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后双相激磁步进电机将以每个脉冲0.90度的半步方式转动。所有雷赛公司的整/半步驱动器都可以执行整步和半步驱动,由驱动器拨码开关的拨位进行选择。和整步方式相比,半步方式具有精度高一倍和低速运行时振动较小的优点,所以实际使用整/半步驱动器时一般选用半步模式。

  细分驱动

  细分驱动模式具有低速振动极小和定位精度高两大优点。对于有时需要低速运行(即电机转轴有时工作在60rpm以下)或定位精度要求小于0.90度的步进应用中,细分驱动器获得广泛应用。其基本原理是对电机的两个线圈分别按正弦和余弦形的台阶进行精密电流控制,从而使得一个步距角的距离分成若干个细分步完成。如上图所示。例如十六细分的驱动方式可使每圈200标准步的步进电机达到每圈200*16=3200步的运行精度(即0.1125°)。

  四、经验性选型

  保持转矩:亦称为最大静转矩。指额定电流下转速为零时,外力迫使转子转动所需的力矩。保持转矩与驱动电压及驱动电源等无关。步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩和功率随速度增大而不断变化,所以保持转矩是衡量步进电机最重要的参数之一。虽然保持转矩与电磁激磁安匝数成正比,与定齿转子间的气隙有关。但过份采用减小气隙,增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的,这样会造成电机的发热及机械噪音。保持转矩的选型确定步进电机的动态力矩一下子很难确定,往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。阶越(突然)起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速(斜坡)起动时主要考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,保持转矩应为摩擦负载的2-3倍内好,保持转矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来。

  1、电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上,每个当量电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度(五相电机)、0.9度/1.8度(二、四相电机)、1.5度/3度(三相电机)等。

  2、步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好,静力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸)

  3、进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的,一般只用力矩来衡量,力矩与功率换算如下: P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60 其P为功率单位为瓦,Ω为每秒角速度,单位为弧度,n为每分钟转速,M为力矩单位为牛顿·米 ,P=2πfM/400(半步工作),其中f为每秒脉冲数(简称PPS)

  五、步进电机驱动器选型需要注意的参数

  1、步进电机驱动器的电流

  电流是判断步进电机驱动器能力的大小,是选择驱动器的重要指标之一,通常驱动器的最大电流要略大于电机标称电流,通常驱动器有2.0A、3.5A、6.0A、8.0A等规格。

  2、步进电机驱动器供电电压

  供电电压是判断驱动器升速能力的标志,常规电压供给有:24VDC、40VDC、80VDC、110VAC等。

  3、步进电机驱动器的细分

  细分是控制精度的标志,通过增大细分能改善精度。细分能增加电机平稳性,通常步进电机都有低频振动的特点,通过加大细分可以改善,使电机运行非常平稳。

  4、控制信号接口说明

  差分式接口

  很多步进电机驱动器采用差分式接口电路,内置高速光电耦合器 ,允许接收长线驱动器,集电极开路和PNP输出电路的信号,可适配各种控制器接口,包括各种PLC。建议用长线驱动器电路,抗干扰能力强。

  单/双脉冲模式

  多数电机驱动器可以接收两类脉冲信号:一种为脉冲+方向形式(单脉冲);一种为正脉冲+反脉冲(双脉冲)形式。可通过驱动器内部的跳线器进行选择。

  脉冲信号:一种为脉冲+方向形式(单脉冲);一种为正脉冲+反脉冲(双脉冲)形式。可通过驱动器内部的跳线器进行选择。

  由于步进电机及驱动器型号较多、种类较多,用户在选择时应有一定的讲究,这样才能以最优的性能、最低的价格选择好自己所需的产品。

  选取原则(仅供参考):

  1. 首先确定步进电机拖动负载所需要的扭矩。

  最简单的方法是在负载轴上加一杠杆,用弹簧秤拉动杠杆,拉力乘以力臂长度既是负载力矩。或者根据负载特性从理论上计算出来。

  由于步进电机是控制类电机,所以目前常用步进电机的最大力矩不超过45Nm,力矩越大,成本越高,如果您所选择的电机力矩较大或超过此范围,可以考虑加配减速装置。

  2. 确定步进电机的最高运行转速。

  转速指标在步进电机的选取时至关重要,步进电机的特性是随着电机转速的升高,扭矩下降,其下降的快慢和很多参数有关,如:驱动器的驱动电压、电机的相电流、电机的相电感、电机大小等等,一般的规律是:驱动电压越高,力矩下降越慢;电机的相电流越大,力矩下降越慢。在设计方案时,应使电机的转速控制在600转/分或800转/分以内,当然这样说很不规范,可以参考〈矩-频特性〉。

  3. 根据负载最大力矩和最高转速这两个重要指标,再参考〈矩-频特性〉,就可以选择出适合自己的步进电机。

  如果您认为自己选出的电机太大,可以考虑加配减速装置,这样可以节约成本,也可以使您的设计更灵活。要选择好合适的减速比,要综合考虑力矩和速度的关系,选择出最佳方案。

  4. 最后还要考虑留有一定的(如50%)力矩余量和转速余量。

  5. 可以先选择混合式步进电机,如果由于价格因素,可以选取反应式步进电机。

  6. 尽量选取细分驱动器,且使驱动器工作在细分状态。

  7. 选取时且勿走入只看电机力矩这一个指标的误区,也就是说并非电机的扭矩越大越好,要和速度指标一起考虑。

  8. 超小型驱动器和微型驱动器是靠外壳作为散热器的,应固定在较大、较厚的金属板上或外加风机散热,如果没有散热条件,而驱动器又工作在转速较低的场合(这时驱动器发热较大),可以选用带风机的90型驱动器代替。

  步进电机主要做于有一定精度要求的控制方面,在不同系列里面也有不同规格的产品,主要体现内在为电流电压方面,外在为扭矩大小方面。如果已经根据要求选好了步进电机,需要看一下步进电机实现最大输出的扭矩时对应的电流电压值,这是选择驱动器对应的一个基本要求;其次看一下步进电机能够实现的步进角度,和你实现功能所要求的步进角度,这些是用来控制步进电机转速所需要的,这也是用来选择驱动器细分要求的一个主要要求。根据步进电机选驱动器主要就是这两个方面。当然选择的驱动器还需要和信号发生的单片机(或者称为控制器)匹配。如果量不大的话,就几套的话,建议直接找步进电机的供货商提供一条龙服务;一般卖步进电机的也会卖驱动器,因为这两种一般不会被分开销售的,就像卖灯具的地方也卖电源一样。如果量很大涉及到性价比问题的话,可以了解一下相关的工作原理和工作方式,并咨询一些同行业中用过步进电机的人,甚至可以直接去加工电路板焊元件,找工厂配装。

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