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步進電機基本知識問答

2010年06月10日 14:29:54人氣：2225來源：上海蜀乾自動化設備有限公司

步進電機基本知識問答

1.步進電機的"保持轉矩"和"定位轉矩"有何不同?

保持轉矩是指電機各相繞組通電額定電流，且處于靜態鎖定狀態時，電機所能輸出的zui大轉矩，是電機選型時zui重要的參數之一。定位轉矩是指電機各相繞組不通電且處于開路狀態時，由于混合式電機轉子上有永磁材料產生磁場，從而產生的轉矩。一般定位轉矩遠小于保持轉矩。星否存在定位轉矩是混合式步進電機區別于反應式步進電機的重要標志。

2.步進電機發熱是否屬于正常現象?一般溫度范圍是多少?

（1）電機發熱的原理

我們通常見到的各類電機，內部都是有鐵心和繞組線圈的。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咸正比，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范圍

電機發熱允許到什么程度．主要取決于電機內部絕緣等級-內部絕緣性能在高溫下（130℃以±）才會被破壞。所以只要內部不超過130℃，電機不會損環，而這時表面溫度會在90℃以下。所以，步進電機表面溫度在70C℃—80℃都是正常的簡單的溫度測量方法有用測溫計的也可以粗略判斷月手可以觸摸1~2s以上，不超過60℃，用手只能碰一下．大約在70℃一80℃，滴幾滴水迅速氣化，則90℃以上了。

（3）步進電機發熱隨速度變化的情況

采用恒流驅動技術時，步進電機在靜態和低速下，電流會維持恒定以保持恒力矩輸出，速度高到一定程度，電機內部反電勢升局，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相關了。靜態和低速時一般發熱高，高速時發熱低。但是鐵損{雖然占的比例較小）變化的情況卻不盡然，而電機整個納發熱是二者之和，所以上述只是一般情

（4）發熱帶來的影響

電機發熱雖然一般不會影響電機壽命，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。如電機內部各部分熱膨脹系數不同導致結構應力的變化和內部氣隙的微小變化，會影響電機的動態響應高速會容易失步。又如有些組合不允許電機扣過度發熱，如醫

療器械和高精度的測試設備等。因此，對電機的發熱應當進行必要的控制。

（5）減少電機的發熱措旆

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擇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并聯電機。但是這往往與力矩和高速的要求相抵觸。對于已經選定的電機，則應充分利用驅動器的自動半流控制功能和脫機功能，前者在電機處于靜態時自動減少電流，后者于脆將電流切斷。另外細分驅動器由于電流波形接近正弦，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，所以應當選擇合適的驅動電壓等級，兼顧高速性，平穩’性和發熱，噪聲等指標。

3.交流伺服電機的工作原理是什么？

伺服電機內部的轉于是永磁鐵，驅動gS控制的u／V／W三相電形成電磁場轉子在此礤場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值

與目標值進行比較調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度{線數）。兩相電機和四相電機有何不同?真正的兩相步進電機在定子上只有2個繞組，有4相出線，一

般整步步距角為1.8',半步為o。9”。在驅動器中，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4相步進電機在定子上有四個繞組，有8根出線，整步為O.9'，半步為0.45' ．不過在驅動器中需要劉4個繞組進行控制，電路的復雜性和成本都明顯增加。所以一般我們都選擇兩相電機配兩相驅動器．如果需要更小的步距角，可以采用細分驅動器。不過細心的用戶會發現，四通電機公司生產的電機稱為兩相，實際有兩相4線的，也有四相日線的；驅動器中有兩相的卻沒有四相的。這是因為，四相繞組兩兩并聯或串聯后

就成為兩相繞組，這樣四相電機就變成兩相電機了，而串聯和并聯會帶來電機．的繞組電阻和電感的成倍變化．從而帶來電機運行性能的明顯變化。一般來說，并聯使用時，

電機有較好的加速性能．高速力矩保持得好，但是電機需要輸入2倍‘額定電流的電流．發熱較大．對驅動器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，噪聲和發熱較小，對驅動器要求不高但是高速力矩損失較大。四通提供的驅動器全部呈兩

相的，所以電機也必須改接咸兩相使用。這就是為什么我們往往要問客戶電機，希望接成串聯的還是并聯的。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．和兩相驅動器不匹配,為了減少類似麻煩，后來將電機均標成兩相的了。所以，我們有晌簡單

回答這個問題兩相電機．和四相電機實質上是一回事。兩相和五相的混合式步進電機的應用場合有何一般來說．兩相電機，步距角大．高速特性好，但是存在低速振動區。而五相電機步距角小，低速運行平穩，所以，在劉電機的運轉精度要求較高，且主要在中低速段（一般低于日OOr／min）的場合應選用五相電機．；反之，若追求電機的

高速性能，劉精度及平穩性無太多要求的場合應選用成本較低的兩相電機。另外．五相電機的力矩通常在2NM以上，對小力矩的應用，一般采用兩相電機，而低速平穩性的問題可以通過采用細分驅動器的方式解決。如何控制步進電機的轉動方向?當您的控制韶（上位機）發出的是雙脈沖[即正負脈沖）或脈沖信號的幅值不匹配時，需要用我們的信號模塊轉換為5V單脈沖（脈：中加方向）。

（1）輸入為雙脈沖

信號模塊的撥碼開關應撥到·雙脈：中·位置。當發正脈；中的，電機正轉；當發負脈沖的，電機反轉。正負脈沖不可同時給，具體時序可參照信號模塊說明書。

（2）輸入為單脈沖

信號模塊的撥碼開關應撥到單脈沖”位置。當有脈沖輸出時電機轉動。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塊說明書。伺服電機和步進電機相比，有何優勢?和步進電機相比，伺服電機．有

以下幾點優勢

（1）實現了位置，速度和力矩的閉環控制．克服了步進電機．失步的問題。

（2）高速性能好，一般額定轉速能達到2000一3000r／m巾。

（3）抗過載能力強，能承受三倍于額定轉矩的負載，對有瞬間負載波動和要求快速起動的場合特別適用。

（4）低速運行平穩．低速運行時不會產生類似于步進電機的步進運行現象。適用于有高速響應要求的

（5）電機加減速的動態相應肘間—般在幾個毫秒之內。

（6）發熱和噪聲明顯降低。如果對動態響應要求比較高，建議選擇電機的轉動慣量為負載轉動慣量的2倍，否則只要負載的轉動慣量小于電機的轉動慣量即可。

步進電機．選型步驟：

（1）確定驅動機械裝置

（2）計算負載力矩。

（3）計算負載慣量。

關鍵詞：步進電機混合式步進電機交流電機驅動器交流伺服電機

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