1、stall torque :失速扭矩(失速轉(zhuǎn)矩)
失速力矩有時也稱堵轉(zhuǎn)力矩,指在電機軸被外力鎖定的情況下,以目標溫升為約束,可連續(xù)輸出力矩的最高值。堵轉(zhuǎn)力矩一般高于額定力矩。一般不提瞬時最大失速力矩,如果非要提,則應該指電機軸不轉(zhuǎn)時可對外提供的峰值力矩,該力矩受限于電機的電磁結(jié)構(gòu)和熱容熱阻等因素。
2、locked-rotor torque:堵轉(zhuǎn)扭矩:
當負載阻力產(chǎn)生的反力矩大于電機的電磁動力的電磁轉(zhuǎn)矩時,電機會很快停轉(zhuǎn),或電機無法起動,我們稱電機“堵轉(zhuǎn)”了。進入堵轉(zhuǎn)狀態(tài)后,轉(zhuǎn)速為零,這時電動機能夠輸出的轉(zhuǎn)矩為堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩實際上是指在不過熱的條件下,電機的最大轉(zhuǎn)矩,對應電機的轉(zhuǎn)速為零,電流最大時的轉(zhuǎn)矩。
3、額定轉(zhuǎn)矩:
在額定電壓、額定負載下,電動機轉(zhuǎn)軸上產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩稱為電動機的額定轉(zhuǎn)矩。
4、啟動轉(zhuǎn)矩:
當給處于停止狀態(tài)下的異步電動機加上電壓時的瞬間,異步電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為起動轉(zhuǎn)矩。啟動轉(zhuǎn)矩表征了電動機的啟動能力,它與啟動方式有關(guān)(如星三角起動,變頻調(diào)速起動等),直接起動鼠籠式一般為額定力矩的0.8到2.2倍。通常起動轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的125%以上。與之對應的電流稱為啟動電流,通常該電流為額定電流的6倍左右。對于直流電機來說,這個啟動轉(zhuǎn)矩特別大,所以啟動電流也就很大,故而不能直接啟動,當然這是對于大型直流電機而言,小型的直流電機包括永磁的都是例外。對于交流電機來說這個轉(zhuǎn)矩就不是很大了,所以電流也不是很大,可以直接啟動,當然交流電機啟動轉(zhuǎn)矩小所以不能帶載啟動。
5、最大轉(zhuǎn)矩:
電動機轉(zhuǎn)矩從穩(wěn)定區(qū)進入不穩(wěn)定區(qū)的交界點。也就是說,如果負載轉(zhuǎn)矩大于電動機的最大轉(zhuǎn)矩,電動機的輸出轉(zhuǎn)矩會變小,并進入堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。 通常,最大轉(zhuǎn)矩>堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩>額定轉(zhuǎn)矩。最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比,稱為電動機的過載系數(shù)。 最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)確實是衡量電機性能和兩個重要性能指標,但是也不是越大越好。最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)越大,電機也就具備了超載極限的能力,但是同時對電機的體積和用材也是個很重要的考核。堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)大一些有好處,尤其是大電機一般自身的轉(zhuǎn)動慣量都比較大,如果堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)比較大則電機起動更加迅速,轉(zhuǎn)動也更自如。但是堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)也不能越大越好。兩個轉(zhuǎn)矩倍數(shù)越大,電機的起動電流一般情況下也會增加很多,對電網(wǎng)的沖擊也會越大,所以一般選擇電機的時候,要根據(jù)實際工況的要求,選擇合適的數(shù)值保留一定裕度即可。一般情況下堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)選擇1.8--2.2。最大轉(zhuǎn)矩倍數(shù)選擇2.0-2.8(根據(jù)電機大小的不同而不同)。由于電機靜轉(zhuǎn)矩的存在,在對電機進行特殊操作前,務必先將電機斷電,否則強行操作時,容易損壞電機齒輪箱的齒輪。
為降低電機輸出軸轉(zhuǎn)速,由眾多齒輪組合成為齒輪箱。每個齒輪箱都有一個極限扭矩,稱為損毀扭矩,若過大的外力產(chǎn)生的扭矩作用于齒輪箱,將會引起齒輪的破壞。
步進電機
步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講:當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(及步進角)。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;同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達到調(diào)速的目的。步進電機和驅(qū)動器的選擇方法:判斷需多大力矩:靜扭矩是選擇步
步進電機分類
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(zhuǎn)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(zhuǎn)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。
步進常識
靜力矩或者叫保持轉(zhuǎn)矩(HOLDING TORQUE):
步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時,定子鎖住轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。
保持轉(zhuǎn)矩(或定位轉(zhuǎn)矩),是指繞組不通電時電磁轉(zhuǎn)矩的最大值,或轉(zhuǎn)角不超過一定值時的轉(zhuǎn)矩值.通常反應式步進電機的保持轉(zhuǎn)矩為零,除非具有特殊的產(chǎn)生保持轉(zhuǎn)矩的裝、I.若千類型的永磁式步進電機,具有一定的保持轉(zhuǎn)矩.
靜轉(zhuǎn)矩是指不改變控制繞組通龜狀態(tài),即轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)情況下的電磁轉(zhuǎn)矩.它是繞組內(nèi)的電流及失調(diào)角的函數(shù),當繞組內(nèi)電流的值不變時,靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性.對應于某一失調(diào)角時,靜轉(zhuǎn)矩的值為最大,稱為最大靜轉(zhuǎn)矩Mk),它的值取決于通電狀態(tài)及繞組內(nèi)電流的值.動轉(zhuǎn)矩是指轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動情況下的最大輸出轉(zhuǎn)矩值.它與運行的頻率有關(guān).
定位力矩
步進電機沒有通電的情況下,定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。
步進電機的外表溫度
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。
步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降
當步進電機轉(zhuǎn)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。
步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),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(shù)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(zhuǎn)。
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(zhuǎn)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(zhuǎn)速從低速升到高速)。
如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn)時的振動和噪聲
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(qū)動器,這是最常用的、最簡便的方法;
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(chǎn)品,但機械結(jié)構(gòu)改變較大。
細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度
步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)(請參考有關(guān)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(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)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(qū)動器的細分數(shù)設置為4,那么電機的運轉(zhuǎn)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(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。
不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大;細分數(shù)越大精度越難控制。
四相混合式步進電機與驅(qū)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(qū)動器來驅(qū)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(zhuǎn)速較的場合使用,此時需要的驅(qū)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(zhuǎn)速較高的場合使用(又稱高速接法),所需要的驅(qū)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。
混合式步進電機驅(qū)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(qū)動器輸出到電機的電流被切斷,電機轉(zhuǎn)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(qū)動器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動電機軸(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(diào)節(jié)。手動完成后,再將FREE信號置高,以繼續(xù)自動控制。
平滑和細分
“平滑”并不精確控制電機的相電流,只是把電流的變化率變緩一些,所以“平滑”并不產(chǎn)生微步,而細分的微步是可以用來精確定位的。
電機的相電流被平滑后,會引起電機力矩的下降,而細分控制不但不會引起電機力矩的下降,相反,力矩會有所增加。
一般步進電機的精度為步進角的3-5%,且不累積。
如何選擇步進電機
判斷需多大力矩:靜扭矩是選擇步進電機的主要參數(shù)之一。負載大時,需采用大力矩電機。力矩指標大時,電機外形也大。
判斷電機運轉(zhuǎn)速度:轉(zhuǎn)速要求高時,應選相電流較大、電感較小的電機,以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動器時采用較高供電電壓。
選擇電機的安裝規(guī)格:如57、86、110等,主要與力矩要求有關(guān)。
確定定位精度和振動方面的要求情況:判斷是否需細分,需多少細分。
根據(jù)電機的電流、細分和供電電壓選擇驅(qū)動器。
和步進電機相比,伺服電機有以下幾點優(yōu)勢:
1、實現(xiàn)了位置,速度和力矩的閉環(huán)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(zhuǎn)速能達到2000~3000轉(zhuǎn);
3、抗過載能力強,能承受三倍于額定轉(zhuǎn)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(wěn),低速運行時不會產(chǎn)生類似于步進電機的步進運行現(xiàn)象。適用于有高速響應要求的場合;
5、電機加減速的動態(tài)相應時間短,一般在幾十毫秒之內(nèi);
6、發(fā)熱和噪音明顯降低。
步進電機最高轉(zhuǎn)速到底能達到多少呢???????
步進電機轉(zhuǎn)速到底能達到多少轉(zhuǎn)/分鐘,一直是很多人心中的疑問。
所謂步進電機,就是根據(jù)控制信號運動,一個脈沖信號走一步,步進角則根據(jù)固有參數(shù)計算,比如以5相步進電機為例,采用基本步進角即無細分,則每給一個脈沖信號,步進電機運轉(zhuǎn)0.72°,500脈沖一圈。所以當脈沖的頻率越高時,步進電機的運轉(zhuǎn)速度越快,比如脈沖頻率為500赫茲,則一秒轉(zhuǎn)一圈,依次計算即可。若牽涉到細分了,則根據(jù)細分后的步進角計算即可。
通過調(diào)節(jié)輸入驅(qū)動器的脈沖頻率以及驅(qū)動器的細分參數(shù)來達到調(diào)節(jié)步進電機轉(zhuǎn)速,實際是控制單位時間內(nèi)步進電機的步數(shù)。
相比于異步電機,步進電機1000轉(zhuǎn)/分就相當于高速運轉(zhuǎn)了,但是1000轉(zhuǎn)/分對于步進電機而言到底有什么實際意義呢?
步進電機轉(zhuǎn)速上升時伴隨著扭矩的下降,當步進電機扭矩下降到一定程度時,自身的扭矩已經(jīng)不能帶動其自身的重量,導致電機停止。
我們通過實驗實際測量了一款28步進電機的轉(zhuǎn)速:
步進電機:28BYG250-34(0.06nm,3.9V,0.75A)
步進驅(qū)動器:ZD-8731(0-2A ,1、2、4、16細分)
控制器:MC-10(調(diào)速范圍0-20K)
開關(guān)電源:S-35W-24V
測試結(jié)果:實際空載轉(zhuǎn)速最大值:7600rpm(此為空載時最大轉(zhuǎn)速)
這個型號的步進電機竟然能上7000轉(zhuǎn)/分的速度,可見步進電機的空載轉(zhuǎn)速與其扭矩和自重的關(guān)系是多么密切。
不同型號的步進電機使用不同的驅(qū)動器所能達到的最高轉(zhuǎn)速是不一樣的。