雷賽步進電機控制祥細資料全

1、. . . 什么是步進電機      步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉與到機械、電機

2、、電子與計算機等許多專業(yè)知識。目前,生產步進電機的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術人員，能夠自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最基本的設備都沒有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給用戶在產品選型、使用中造成許多麻煩。簽于上述情況，我們決定以廣泛的感應子式步進電機為例。敘述其基本工作原理。望能對廣大用戶在選型、使用、與整機改進時有所幫助。二、感應子式步進電機工作原理（一）反應式步進電機原理由于反應式步進電機工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應式步進電機原理。1、結構：電機轉子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。0、1/3、2/3,（相

3、鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3，C與齒3向右錯開2/3，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1）下面是定轉子的展開圖：2、旋轉：如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉子不受任何力以下均同）。如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉子向右移過1/3，此時齒3與C偏移為1/3，齒4與A偏移（-1/3）=2/3。如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3，此時齒4與A偏移為1/3對齊。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過1/3這樣經過A、B、C、A分

4、別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉子向右轉過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A通電，電機就每步（每脈沖）1/3,向右旋轉。如按A，C，B，A通電，電機就反轉。由此可見：電機的位置和速度由導電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應關系。而方向由導電順序決定。不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音與減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BCC-CA-A這種導電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3改變?yōu)?/6。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3變?yōu)?/12，1/24，這就是電機細分驅動的基本理論依據。不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/m,2/m(m-1)/m,1。并且導

5、電按一定的相序電機就能正反轉被控制這是步進電機旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。3、力矩：電機一旦通電，在定轉子間將產生磁場（磁通量）當轉子與定子錯開一定角度產生力F與（d/d）成正比S 其磁通量=Br*S Br為磁密，S為導磁面積F與L*D*Br成正比L為鐵芯有效長度，D為轉子直徑Br=N·I/R N·I為勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數(shù)*磁密成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數(shù)越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，

6、反之亦然。（二）感應子式步進電機1、特點：感應子式步進電機與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行。（必須采用雙極電壓驅動），而反應式電機則不能如此。例如：四相，八相運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=

7、. 一個二相電機的部繞組與四相電機完全一致，小功率電機一般直接接為二相，而功率大一點的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。2、分類感應子式步進電機以相數(shù)可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電機外徑）可分為：42BYG(BYG為感應子式步進電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標準），而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國標準。3、步進電機的靜態(tài)指標術語相數(shù)：產生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變

8、化所需脈沖數(shù)或導電狀態(tài)用n表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用表示。=360度（轉子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。定位轉矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以與機械誤差造成的）靜轉矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉運動時

9、，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓與驅動電源等無關。雖然靜轉矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱與機械噪音。4、步進電機動態(tài)指標與術語：1、步距角精度：步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應在5%之，八拍運行時應在15%以。2、失步：電機運轉時運轉的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。3、失調角：轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，采用細分驅動是不

10、能解決的。4、最大空載起動頻率：電機在某種驅動形式、電壓與額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。5、最大空載的運行頻率：電機在某種驅動形式，電壓與額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。6、運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據。如下圖所示：其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線

11、1電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的最大速度點。要使平均電流大，盡可能提高驅動電壓，使采用小電感大電流的電機。7、電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應子式步進電機的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機驅動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應偏移共振區(qū)較多。8、電機正反轉控制：當電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA或()時為正轉，通電時序為DA-CA-BC-AB或()時為反轉。三、驅動控制系統(tǒng)組成使

12、用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下：1、脈沖信號的產生。脈沖信號一般由單片機或CPU產生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉速越高，占空比則越大。2、信號分配我廠生產的感應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度；二相八拍為,步距角為0.9度。四相電機工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度）。3、功率放大功率放大是驅動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉速下的轉矩取決于

13、它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅動方式，到目前為止，驅動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流、細分數(shù)等。為盡量提高電機的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進電機的驅動電源。我廠生產的SH系列二相恒流斬波驅動電源與單片機與電機接線圖如下：說明：CP 接CPU脈沖信號（負信號，低電平有效）OPTO 接CPU+5V FREE 脫機，與CPU地線相接，驅動電源不工作DIR 方向控制，與CPU地線相接，電機反轉VCC 直流電源正端GND 直流電源負端

14、A 接電機引出線紅線接電機引出線綠線B 接電機引出線黃線接電機引出線藍線步進電機一經定型，其性能取決于電機的驅動電源。步進電機轉速越高，力距越大則要求電機的電流越大，驅動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下：4、細分驅動器在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅動器來驅動步進電機，細分驅動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進電機運轉的。四、步進電機的應用（一）步進電機的選擇步進電機有步距角（涉與到相數(shù)）、靜轉矩、與電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。1、步距角的選擇電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當

15、量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。2、靜力矩的選擇步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍好，靜力矩一旦選定，電機的機座與長度便能確定下

16、來（幾何尺寸）3、電流的選擇靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源、與驅動電壓）4、力矩與功率換算步進電機一般在較大圍調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：P= ·M =2·n/60 P=2nM/60 其P為功率單位為瓦，為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉速，M為力矩單位為牛頓·米P=2fM/400(半步工作）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS) (二）、應用中的注意點1、步進電機應用于低速場合-每分鐘轉速不超過1000轉，（0.9度時6666PPS)，最好在1000-

17、3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。2、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。3、由于歷史原因，只有標稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅動電壓伏值，可根據驅動器選擇驅動電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當然12伏的電壓除12V恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源，不過要考慮溫升。4、轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。5、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精

18、度。6、高精度時，應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產廠家少，其被淘汰的說法是外行話。7、電機不應在振動區(qū)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。8、電機在600PPS（0.9度）以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅動。9、應遵循先選電機后選驅動的原則。（一）步進電機小知識 1.什么是步進電機步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構.通俗一點講:當步進驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度(與步進角).您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;

19、同時您可以通過控制脈沖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. 2.步進電機分哪幾種步進電機分三種: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;反應式步進一般為三相,可實現(xiàn)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(fā)達國家80年代已被淘汰;混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點.它又分為兩相和五相:兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度.這種步進電機的應用最為廣泛. 3.什么是保持轉矩(HOLDING TORQUE) 保持轉矩(HOLDING TORQUE)是指步進電機通

20、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(shù)之一,通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩.由于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(shù)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. 4.什么是DETENT TORQUE 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 在國沒有統(tǒng)一的翻譯方式,容易使大家產生誤解;由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料,所以它沒有DETENT TORQUE. 5.步進

21、電機精度為多少是否累積一般步進電機的精度為步進角的3-5%,且不累積. 6.步進電機的外表溫度允許達到多少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于失步,因此電機外表允許的最高溫度應取決于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度完全正常. 7.為什么步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降當步進電機轉動時,電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢;頻率越高,反向電動勢越大.在它的作用下,電機隨頻率(或速度)的增大而相電流減小,從而導致力矩下降. 8.為什么步進電機低速時可以正常

22、運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲步進電機有一個技術參數(shù):空載啟動頻率,即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率,如果脈沖頻率高于該值,電機不能正常啟動,可能發(fā)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,脈沖頻率應該有加速過程,即啟動頻率較低,然后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). 9.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,一般可采用以下方案來克服: A.如步進電機正好工作在共振區(qū),可通過改變減速比等機械傳動避開共振區(qū); B.采用帶有細分功能的驅動器,這是最常用的,最簡

23、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. 10.細分驅動器的細分數(shù)是否能代表精度步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術(請參考有關文獻),其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動,提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能.比如對于步進角為1.8°的兩相混合式步進電機,如果細分驅動器的細分數(shù)設置為4,那么電機的運轉分辨率為每個脈沖0.45°,電機的精度能否達到或接近0.45°,還取決于細分驅動器的細分電

24、流控制精度等其它因素.不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大;細分數(shù)越大精度越難控制. 11.四相混合式步進電機與驅動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別四相混合式步進電機一般由兩相驅動器來驅動,因此,連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用.串聯(lián)接法一般在電機轉速較的場合使用,此時需要的驅動器輸出電流為電機相電流的0.7倍,因而電機發(fā)熱小;并聯(lián)接法一般在電機轉速較高的場合使用(又稱高速接法),所需要的驅動器輸出電流為電機相電流的1.4倍,因而電機發(fā)熱較大. 12.如何確定步進電機驅動器的直流供電電源 A.電壓的確定混合式步進電機驅動器的供電電源電壓一般是一個較寬的圍(比如IM483的

25、供電電壓為1248VDC),電源電壓通常根據電機的工作轉速和響應要求來選擇.如果電機工作轉速較高或響應要求較快,那么電壓取值也高,但注意電源電壓的紋波不能超過驅動器的最大輸入電壓,否則可能損壞驅動器. B.電流的確定供電電源電流一般根據驅動器的輸出相電流I來確定.如果采用線性電源,電源電流一般可取I的1.11.3倍;如果采用開關電源,電源電流一般可取I 的1.52.0倍. 13.混合式步進電機驅動器的脫機信號FREE一般在什么情況下使用當脫機信號FREE為低電平時,驅動器輸出到電機的電流被切斷,電機轉子處于自由狀態(tài)(脫機狀態(tài)).在有些自動化設備中,如果在驅動器不斷電的情況下要求直接轉動電機軸(

26、手動方式),就可以將FREE信號置低,使電機脫機,進行手動操作或調節(jié).手動完成后,再將FREE信號置高,以繼續(xù)自動控制. 14.如果用簡單的方法調整兩相步進電機通電后的轉動方向只需將電機與驅動器接線的A+和A-(或者B+和B-)對調即可.選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的圍。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。（二）選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖

27、當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。選擇步進電機需要進行以下計算：（1）計算齒輪的減速比根據所要求脈沖當量，齒輪減速比i計算如下: i=(.S)/(360.) (1-1) 式中 -步進電機的步距角（o/脈沖） S -絲桿螺距（mm) -(mm/脈沖）（2）計算工作臺，絲桿以與齒輪折算至電機軸

28、上的慣量Jt。Jt=J1+（1/i2)(J2+Js）+W/g（S/2)2 （1-2）式中Jt -折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2) J1、J2 -齒輪慣量(Kg.cm.s2) Js -絲桿慣量(Kg.cm.s2) W-工作臺重量（N） S -絲桿螺距（cm）（3）計算電機輸出的總力矩M M=Ma+Mf+Mt （1-3） Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×102 （1-4）式中Ma -電機啟動加速力矩（N.m) Jm、Jt-電機自身慣量與負載慣量(Kg.cm.s2) n-電機所需達到的轉速（r/min） T-電機升速時間（s） Mf=(u.W.s)/(2i)

29、15;102 （1-5） Mf-導軌摩擦折算至電機的轉矩（N.m) u-摩擦系數(shù) -傳遞效率 Mt=(Pt.s)/(2i)×102 （1-6） Mt-切削力折算至電機力矩（N.m) Pt-最大切削力（N）（4）負載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關系，其估算公式為fq=fq0(1-(Mf+Mt)/Ml）÷(1+Jt/Jm) 1/2 （1-7）式中fq-帶載起動頻率（Hz） fq0-空載起動頻率 Ml-起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（N.m) 若負載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算. （5）運行的最高頻率與升速時間的計算

30、。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率時，由矩頻特性的輸出力矩應能驅動負載，并留有足夠的余量。（6）負載力矩和最大靜力矩Mmax。負載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計算，電機在最大進給速度時，由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應小于（0.2 0.4)Mmax. 步進電機和交流伺服電機是運動控制系統(tǒng)中最常用的兩種執(zhí)行電動機。在電機選型過程中，必須首先計算出負載通過機械傳動系統(tǒng)對電機軸的折算扭矩（T折），下面就幾中常見的機械傳動方式介紹折算扭矩（T折）的計算過程。 1、重物提升T折= (m×g×D) /(

31、2×i) N.m 2、絲杠螺母傳動T折= 1/I(F×t)/(2× ×)+Tb) N.m F=F0+mg N 3、同步帶或齒輪齒條傳動T折=(F×D)/( 2×i ×) N.m F=F0+mg N（三）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：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

32、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：Hzn=*Hz / （360*D）n 轉/秒Hz 該點的頻率值D 電路的細分值，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)域起動，然后通過加速的方式，才能到達該工作區(qū)域。同樣，在該區(qū)域，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，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

33、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)域時，如何在最短的時間加速，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加速到F1，求tr 和加速脈頻率F（t

34、）A確定TJ，一般TJ =70% Tm。Btr = 1.8*10-5*J*（F1-F0）/ （TJ-TL）C.（）（）， 0 < t < tr （）指數(shù)加速運動已知電機負載為TL，要從F0 在最短時間tr加速到F1，求tr 和加速脈頻率F（t）A.確定TJ，一般TJ =70% Tm,TJ =70% Tm,TL=60%Tm1Btr = F4*ln(TJ0-TL)/(TJ1-TL)C.（）F2*1-e(-t/F4)， 0 < t < tr 其中，F(xiàn)2=(TL-TJ0)*(F1-F0)/(TJ1-TJ0)F4=1.8*10-5*J*F2 /( TJ0-TL) J 為電機轉子和

35、負載的轉動慣量，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圍。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%（四）選型原則     驅動器的電流：電流是

36、判斷驅動器能力大小的依據，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的標稱電流，通常驅動器有3.0A，4.0A,6.0A,8.0A等規(guī)格。    驅動器的供電電壓：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,60VDC,80VDC,110VDC,220VDC等。    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。步進電機（尤其是反應式步進電機）都有低頻振蕩的特點，如果您的電機需要工作在低頻共振區(qū)工作（如走圓?。瑒t細分驅動器是很好的選擇。此外，細分比不細分，輸出轉矩對各種

37、電機都有不同程度的提升。選型指導    要使系統(tǒng)協(xié)調運轉，選型是比較重要的一環(huán)。在此介紹一些有關選型的事項，供大家參考。    由于電機直接與外界負載相關聯(lián)，因此，可以先從電機著手。選擇步進電機大致可分為以下幾個步驟：1.      計算負載轉矩假設系統(tǒng)力學模型如下圖所示：已知條件如下：所用絲桿為滾珠螺桿，直徑D=20mm，長度L=1米負載P=50KG，Z1,Z2為傳動齒輪，Z1分度圓直徑為d1=200mm，Z2分度圓直徑為d1=100mm，寬度為2厘米；為摩擦系數(shù)，在此設其為=0.2

38、電機起動速度V0=300RPM,運行速度V1=900RPM,加速時間t=200ms;由此可求得負載轉矩如下：T=9.8PD/2/1000=9.8×0.2×50×20/2/1000=0.98(牛米)1.    計算傳動構件的轉動慣量滾珠螺桿傳動慣量：        I0=1.57(R4)l               &

39、#160;  為密度          =1.57×（0.014）×7800×1          =0.012（千克.平方米）同里可分別求得Z1和Z2的轉動慣量，假定求得Z1轉動慣量為        I1=0.024（千克.平方米）Z2轉動慣量為     &

40、#160;  I2=0.0015（千克.平方米）2.      計算傳動比I21=d1/d2=23.      計算電機起動轉矩Tm=T/I21+(I0+I1)/I21+I2*   =0.98/2+(0.012+0.024)*314/2+0.0015*314=0.49+5.652+0.471=6.613(牛*米)考慮到其他因素的影響，將其乘上一系數(shù)K，此系數(shù)請一實際情況斟酌選取。在此令K=1.5，則Tk=K*Tm=6.613*1.5=9.9（牛*米）4. 

41、     電機選取據V1=900RPM（若是兩相電機，其脈沖頻率為3000），Tk=9.9（牛*米）查找選型手冊，找出合適電機5.      根據所選電機額定電流選出與其匹配的驅動器，驅動器的額定電流應比電機額定電流略大。參考數(shù)據    由上述計算可見，由傳動構件帶來的額外轉矩不可忽略，在進行設計時應多加注意。由于計算轉矩較為繁瑣，在實際應用中可根據系統(tǒng)構件大致估算所需轉矩。下面列出一些電機在電機轉速在8轉/秒以匹配成功率較高的應用（滾珠螺桿傳動），供大家參考：負載10305

42、0100電機保持轉矩（N*M）1.36.012（五）步進電機的引線判斷方法之一在步進電機的M16驅動中，本人用到了在電子市場買的二手步進電機，型號為EM-149，此電機共五根引線，沒有說明，也沒有接線方法，在網上收了一下也沒找到接線圖。在沒別的辦法的情況下，學習了一下步進電機的基本原理，根據原理，把該步進電機的接線搞清了，通過驅動，說明此方法有效。此方法共四個步驟：1、先判斷公共端：用萬用表測線與線之間的電阻，本電機公共端與其它線之間電阻為6歐左右，四根驅動線之間的電阻為2倍即12歐左右。在應用中公共端一般接電源。2、再判斷ABCD端：用一5V/2A直流電源，正極接在公共端，負極短時接觸余下的

43、四引線，注意不要長時間接觸，否則有可能燒壞電機。先假定其中一線為A，負極觸A，電機會向某方向動一下，如果不動，換一線為A。3、觸A后，換一線假定為B，如果觸B時電機轉動方向與A一致，說明B正確，如果不一致，說明B錯誤。由此判斷出C、D。4、判別定出的ABCD是否正確：公共端接+5V不變，電源負端分別觸A、B、C、D、A，電機就向一個方向轉動，否則判定出的ABCD不正確。如果負端按D、C、B、A、D順序接觸，則電機反轉。以上是我判別步進電機引線方法，有不正之處請各位朋友指正！例如某四相步進電動機有5根引出線分別是白、藍、棕、黃、紅五種顏色。因四相步進電動機的四組繞組，有一個頭都是連在一起的（公共

44、端），所以一共是5個線頭。1.先找公共端把萬用表撥在R×1檔，其中一根表筆接5根線中的任意一根，另一根表筆分別接另外的4根引線，當測出所有4根線的電阻值都相等時，其中一根表筆接的就是公共端。如上例中就找出了白色引線為公共端。 2.找相鄰的相序a）先將電源調到步進電動機銘牌上標明的電壓數(shù)值。b）將電源正極接公共端，負極分別碰觸其余四根引出線，當碰到某根線時步進電動機轉動了一點（也可以用手捏住電動機軸，來感覺步進電動機是否轉動），表示步進電動機繞組與轉子是處在相鄰位置，線圈通電后能夠啟動，如上例中的紅色引出線。然后再用負極碰旁邊緊鄰的引出線，如果步進電動機轉了，表示此繞組為紅色引出線繞組

45、的相鄰相，如黃色引出線。依照這種方法，直接找完四相的排列順序。如果所測試的步進電動機是帶減速裝置的，因為速度慢，所以繞組通電后，電動機軸的轉動看不出來，此時可用手捏住步進電動機軸來感覺軸的轉動。（六）電機參數(shù)、脈沖當量等的計算方法：有些人可能自己想要DIY個雕刻機或者改某個落后系統(tǒng)的雕刻機系統(tǒng)，這樣在電路連線以后就要設置機器的電極參數(shù)脈沖當量等，要么控制電極就會出現(xiàn)問題，下面將這些的簡單算法發(fā)布出來，有這方面的行家可以多提意見，大家共同進步、首先認識絲杠，導程5的絲杠就是每兩個絲的間距是5；2、步進電機是1.8度200步進，走一圈就是200×1.8=360度3、驅動器是8細分就是把1

46、.8在分成8次4、所以經過驅動器的電機每一步進就是1.8度÷8=0.225度5、所以每轉一圈就是200×8=1600步進6、導程5的絲杠每轉一圈走5毫米，每一步進就是5÷1600=0.003125毫米，這就是電機參數(shù)。如果是導程3的參數(shù)就是0.001875，以次類推。7、用1除以電機參數(shù)就是脈沖當量，例如：1÷0.003125=320，就是每走1毫米需要多少步進，就是脈沖當量。s7-200plc/主程序LD SM0.1 /首次掃描為1R Q0.0，1 /復位映像寄存器位CALL 0 /調用子程序0，初始化粗定位相關參數(shù)LD M0.0 /粗定位完成R Q0

47、.0，1CALL 1 /調用子程序1，初始化精定位相關參數(shù)/子程序0,粗定位LD SM0.0MOVB 16#A0，SMB67 /設定控制字：允許PTO操作，選擇ms增量，選擇多段操作MOVW 500，SMW168 /指定包絡表起始地址為V500MOVB 3，VB500 /設定包絡表段數(shù)是3MOVW 500，VW501 /設定第一段初始周期為500msMOVW -2，VD503 /設定第一段周期增量為-2msMOVD 200，VD505 /設定第一段脈沖個數(shù)為200MOVW 100，VW509 /設定第二段初始周期為100msMOVW 0，VD511 /設定第二段周期增量為0msMOVD 136

48、0，VD513 /設定第二段脈沖個數(shù)為1360MOVW 100，VW517 /設定第三段初始周期為100msMOVW 1，VD519 /設定第三段周期增量為1msMOVD 400，VD521 /設定第三段脈沖個數(shù)為400ATCH 2，19 /定義中斷程序2處理PTO完成中斷ENI /允許中斷PLS 0 /啟動PTO操作/子程序1，精定位LD SM0.0 /首次掃描為1MOVB 16#8D，SMB67 /允許PTO功能，選擇ms增量，設定脈沖數(shù)和周期MOVW 500，SMW68 /設定精定位周期為500msMOVD 400，SMD72 /設定脈沖個數(shù)為400ATCH 3，19 /定義中斷程序3處

49、理PTO完成中斷ENI /允許中斷PLS 0 /啟動PTO操作/中斷程序2LD SM0.0 /一直為1= M0.0 /啟動精定位/中斷程序3LD SM0.0 /一直為1= M0.1 /實現(xiàn)其他功能35系列兩相步進電機·· 主要特點· 35系列兩相步進電機通用規(guī)格步距精度+5%(整步、空載) 溫升80°CMax 環(huán)境溫度-10°C - +50°C 絕緣電阻100Mmin.500VDC 耐壓500VAC for one minute 徑向跳動0.06 Max.(450g-load) 軸向跳動0.08 max.(450g-load) 技術規(guī)

50、格Model No.相數(shù)步距角保持轉矩額定電流相電感相電阻引線數(shù)量轉子慣量定位轉矩電機重量機身長(°) N.M A mH Ohm g.cm2 Kg.cm Kg mm 35HS012 1.8 0.07 0.4 16 35 4 12 0.1 0.17 26 外形尺寸接線圖 39系列兩相步進電機·· 主要特點· 39系列兩相步進電機通用規(guī)格步距精度+5%(整步、空載) 溫升80°CMax 環(huán)境溫度-10°C - +50°C 絕緣電阻100Mmin.500VDC 耐壓500VAC for one minute 徑向跳動0.

51、06 Max.(450g-load) 軸向跳動0.08 max.(450g-load) 技術規(guī)格Model No.相數(shù)步距角保持轉矩額定電流相電感相電阻引線數(shù)量轉子慣量定位轉矩電機重量機身長(°) N.M A mH Ohm g.cm2 Kg.cm Kg mm 39HS012 1.8 0.065 0.4 7.5 6.6 4 11 0.12 0.2 20 39HS022 1.8 0.22 0.6 16 15 4 20 0.12 0.2 34 外形尺寸接線圖 42系列兩相步進電機·· 主要特點· 42系列兩相步進電機通用規(guī)格步距精度+5%(整步、空載

52、) 溫升80°CMax 環(huán)境溫度-10°C - +50°C 絕緣電阻100Mmin.500VDC 耐壓500VAC for one minute 徑向跳動0.06 Max.(450g-load) 軸向跳動0.08 max.(450g-load) 技術規(guī)格Model No.相數(shù)步距角保持轉矩額定電流相電感相電阻引線數(shù)量轉子慣量定位轉矩電機重量機身長軸端長(°) N.M A mH Ohm g.cm2 Kg.cm Kg mm mm 42HS022 1.8 0.22 0.4 21 12.5 4 57 0.15 0.24 40 16 42HSM022 0.9 0.

53、24 0.87 7.5 3.1 4 38 0.15 0.23 34 21 42HS032 1.8 0.34 1 4 4.6 8 0.2 200 0.34 48 24 · 引線接法接線圖57系列兩相步進電機·· 主要特點· 57系列兩相步進電機通用規(guī)格步距精度+5%(整步、空載) 溫升80°CMax 環(huán)境溫度-10°C - +50°C 絕緣電阻100Mmin.500VDC 耐壓500VAC for one minute 徑向跳動0.06 Max.(450g-load) 軸向跳動0.08 max.(450g-load) 技術規(guī)格

54、Model No.相數(shù)步距角保持轉矩額定電流相電感相電阻引線數(shù)量轉子慣量定位轉矩電機重量機身長(°) N.M A mH Ohm g.cm2 Kg.cm Kg mm 57HS042 1.8 0.4 2.0 1.4 1.4 6 135 0.22 0.4 41 57HS062 1.8 0.6 2.0 1.8 1.4 8 146 0.42 0.6 55 57HS092 1.8 0.9 2.8 1.2 0.8 8 260 0.4 0.6 54 57HSM092 0.9 0.8 2.0 2.5 1.8 8 260 0.38 0.6 54 57HS132 1.8 1.3 2.8 2.1 1.0 8 460 0.7 1.0 76 57HS222 1.8 2.2 4.0 1.8 0.8 8 460 0.7 1.1 81 *以上僅為代表性產品,57HS22電機的軸經為8mm 外形尺寸引線接法接線圖適配驅動器電機型號適配驅動器57HS04 DM422C/DM432C/DM556/DM856/M752/M542/M860/M880A/MA550/MA860/H850/ND556/ND882/M415B/M32557HS06