步進(jìn)電機各相輪流接入整步電流后所產(chǎn)生的步距角叫做該步進(jìn)電機的基本步距角。
F 相步進(jìn)電機有 F 個(gè)繞組,這 F 個(gè)繞組要均勻地鑲嵌在定子上,因此定子的磁極數必定是 F 的整數倍,
因此,轉子轉一圈的步數應該是 F 的整數倍;也就是說(shuō):3 相步進(jìn)電機轉一圈的步數是 3 的整數倍,
4 相步進(jìn)電機轉一圈的步數是 4 的整數倍,5相步進(jìn)電機轉一圈的步數是 5 的整數倍;如果步進(jìn)電機的基本步距角為 A ,
轉一圈的步數是 M ,步進(jìn)電機的相數是 F 則有下述關(guān)系: A=360/M 由于上述機械對稱(chēng)原理,M 必然是相數 F 的整數倍,
即: M=N*F 其中 N 是正整數。跟據以上分析可以看出,基本步距角是不能取任意值的。我們往往希望步進(jìn)電機轉一圈為 100 步或其倍數,
這在 2/4 相和 5 相步進(jìn)電機容易做到,但對于三相步進(jìn)電機其基本步距角不可能做到轉一圈為 100 步或 200 步,但可以是 300 步。
有些廠(chǎng)家所標的三相步進(jìn)電機的步距角為 1.2 度或 3 度,相當每圈 300 步或 120 步,是 3 的整數倍,這種標注很正常。
有些廠(chǎng)家所標注的三相步進(jìn)電機的步距角為 1.8/0.9/0.72/0.36 度,相當每圈 200/400/500/1000 步,不是 3 的整數倍,
所以這些廠(chǎng)家所標注的不是步進(jìn)電機的基本步距角,而是步進(jìn)驅動(dòng)器每輸入一個(gè)步進(jìn)脈沖時(shí)步進(jìn)電機的轉角,或是步進(jìn)電機轉一圈時(shí),
步進(jìn)驅動(dòng)器輸入的脈沖個(gè)數;其實(shí)這是步進(jìn)驅動(dòng)器帶來(lái)的功能,廠(chǎng)家標注到步進(jìn)電機上了;這種標注方法很容易造成迷惑,
甚至有一些步進(jìn)電機的銷(xiāo)售商自己都講不清楚,我也是看到這些標注后有了懷疑,通過(guò)分析得出的結果。
步進(jìn)電機是一種離散運動(dòng)的裝置,它和現代數字控制技術(shù)有著(zhù)本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內的數字控制系統中,步進(jìn)電機的應用十分廣泛。隨著(zhù)全數字式交流伺服系統的出現,交流伺服電機也越來(lái)越多
地應用于數字控制系統中。為了適應數字控制的發(fā)展趨勢,運動(dòng)控制系統中大多采用步進(jìn)電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動(dòng)機。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號),
但在使用性能和應用場(chǎng)合上存在著(zhù)較大的差異,F就二者的使用性能作一比較。
一、控制精度不同
兩相混合式步進(jìn)電機步距角一般為3.6°、1.8°,五相混合式步進(jìn)電機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進(jìn)電機步距角更小。如四通公司生產(chǎn)的一種用于慢走絲機床的步進(jìn)電機,
其步距角為0.09°;德國百格拉公司(BERGERLAHR)生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機其步距角可通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°,
兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機的步距角。
交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數字式交流伺服電機為例,對于帶標準2500線(xiàn)編碼器的電機而言,由于驅動(dòng)器內部采用了四倍頻技術(shù),
其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言,驅動(dòng)器每接收217=131072個(gè)脈沖電機轉一圈,即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進(jìn)電機的
脈沖當量的1/655。
二、低頻特性不同
步進(jìn)電機在低速時(shí)易出現低頻振動(dòng)現象。振動(dòng)頻率與負載情況和驅動(dòng)器性能有關(guān),一般認為振動(dòng)頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進(jìn)電機的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現象對于機器
的正常運轉非常不利。當步進(jìn)電機工作在低速時(shí),一般應采用阻尼技術(shù)來(lái)克服低頻振動(dòng)現象,比如在電機上加阻尼器,或驅動(dòng)器上采用細分技術(shù)等。
交流伺服電機運轉非常平穩,即使在低速時(shí)也不會(huì )出現振動(dòng)現象。交流伺服系統具有共振抑制功能,可涵蓋機械的剛性不足,并且系統內部具有頻率解析機能(FFT),可檢測出機械的共振點(diǎn),
便于系統調整。
三、矩頻特性不同
步進(jìn)電機的輸出力矩隨轉速升高而下降,且在較高轉速時(shí)會(huì )急劇下降,所以其最高工作轉速一般在300~600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出,即在其額定轉速(一般為2000RPM或3000RPM)以?xún)龋?br />都能輸出額定轉矩,在額定轉速以上為恒功率輸出。
四、過(guò)載能力不同
步進(jìn)電機一般不具有過(guò)載能力。交流伺服電機具有較強的過(guò)載能力。以松下交流伺服系統為例,它具有速度過(guò)載和轉矩過(guò)載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍,
可用于克服慣性負載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電機因為沒(méi)有這種過(guò)載能力,在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩,往往需要選取較大轉矩的電機,而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩,
便出現了力矩浪費的現象。
五、運行性能不同
步進(jìn)電機的控制為開(kāi)環(huán)控制,啟動(dòng)頻率過(guò)高或負載過(guò)大易出現丟步或堵轉的現象,停止時(shí)轉速過(guò)高易出現過(guò)沖的現象,所以為保證其控制精度,應處理好升、降速問(wèn)題。交流伺服驅動(dòng)系統為閉環(huán)控制,
驅動(dòng)器可直接對電機編碼器反饋信號進(jìn)行采樣,內部構成位置環(huán)和速度環(huán),一般不會(huì )出現步進(jìn)電機的丟步或過(guò)沖的現象,控制性能更為可*。
步進(jìn)電機主要是依相數來(lái)做分類(lèi),而其中又以二相、五相步進(jìn)電機為目前市場(chǎng)上所廣泛采用。二相步進(jìn)電機每轉最細可分割為400等分,五相則可分割為 1000等分,
所以表現出來(lái)的特性以五相步進(jìn)電機較佳、 加減速時(shí)間較短、 動(dòng)態(tài)慣性較低。
二相/五相步進(jìn)電機差異比較:
二相步進(jìn)電機 五相步進(jìn)電機
電機構造(請參照圖三) 8個(gè)主極‧;4相(2相)4極線(xiàn)圈 10個(gè)主極‧;5相2極線(xiàn)圈
分解能 1.8°/0.9°(200、400分割/圈) 0.72°/0.36°(500、1000分割/圈)
較二相步進(jìn)電機高出2.5倍
分解能。
振動(dòng)性 100-200PPS之間為低速共振領(lǐng)域,
振動(dòng)較大 無(wú)顯著(zhù)共振點(diǎn)
低振動(dòng)
速度—轉矩特性 于速度上不及五相步進(jìn)電機 高速度、高轉矩