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)控制元步進電機件，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個數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機安設定的方向轉動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^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，從而達到高速的目的。
      伺服電機又稱執(zhí)行電機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把收到的電信號轉換成電機軸上的角位移或角速度輸出。伺服電機內部的轉子是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據(jù)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(shù)）也就是說伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，它每旋轉一個角度，都會發(fā)出對應數(shù)量的脈沖，這樣伺服驅動器和伺服電機編碼器的脈沖形成了呼應，所以它是閉環(huán)控制，步進電機是開環(huán)控制。

1、 怎樣選擇步進和伺服電機？

      主要視具體應用情況而定,簡單地說要確定：負載的性質(如水平還是垂直負載等),轉矩、慣量、轉速、精度、加減速等要求,上位控制要求(如對端口界面和通訊方面的要求),主要控制方式是位置、轉矩還是速度方式。供電電源是直流還是交流電源,或電池供電,電壓范圍。據(jù)此以確定電機和配用驅動器或控制器的型號。
2、選擇步進電機還是伺服電機系統(tǒng)？

      其實,選擇什么樣的電機應根據(jù)具體應用情況而定,各有其特點。

3、 如何配用步進電機驅動器？

      根據(jù)電機的電流,配用大于或等于此電流的驅動器。如果需要低振動或高精度時,可配用細分型驅動器。對于大轉矩電機,盡可能用高電壓型驅動器,以獲得良好的高速性能。
4、 2 相和5 相步進電機有何區(qū)別,如何選擇？

      2相電機成本低,但在低速時的震動較大,高速時的力矩下降快。 5 相電機則振動較小,高速性能好,比 2 相電機的速度高 30~50% ,可在部分場合取代伺服電機。

5、 何時選用直流伺服系統(tǒng),它和交流伺服有何區(qū)別？

      直流伺服電機分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低,結構簡單,啟動轉矩大,調速范圍寬,控制容易,需要維護,但維護方便(換碳刷),產(chǎn)生電磁干擾,對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。 無刷電機體積小,重量輕,出力大,響應快,速度高,慣量小,轉動平滑,力矩穩(wěn)定?？刂茝碗s,容易實現(xiàn)智能化,其電子換相方式靈活,可以方波換相或正弦波換相。電機免維護,效率很高,運行溫度低,電磁輻射很小,長壽命,可用于各種環(huán)境。 交流伺服電機也是無刷電機,分為同步和異步電機,目前運動控制中一般都用同步電機,它的功率范圍大,可以做到很大的功率。大慣量,最高轉動速度低,且隨著功率增大而快速降低。因而適合做低速平穩(wěn)運行的應用。

6、使用電機時要注意的問題？

      上電運行前要作如下檢查： 1) 電源電壓是否合適(過壓很可能造成驅動模塊的損壞)；對于直流輸入的 +/- 極性一定不能接錯,驅動控制器上的電機型號或電流設定值是否合適(開始時不要太大)； 2) 控制信號線接牢靠,工業(yè)現(xiàn)場最好要考慮屏蔽問題(如采用雙絞線)； 3) 不要開始時就把需要接的線全接上,只連成最基本的系統(tǒng),運行良好后,再逐步連接。 4) 一定要搞清楚接地方法,還是采用浮空不接。 5) 開始運行的半小時內要密切觀察電機的狀態(tài),如運動是否正常,聲音和溫升情況,發(fā)現(xiàn)問題立即停機調整。

7、步進電機啟動運行時,有時動一下就不動了或原地來回動,運行時有時還會失步,是什么問題？

      一般要考慮以下方面作檢查： 1) 電機力矩是否足夠大,能否帶動負載,因此我們一般推薦用戶選型時要選用力矩比實際需要大 50%~100% 的電機,因為步進電機不能過負載運行,哪怕是瞬間,都會造成失步,嚴重時停轉或不規(guī)則原地反復動。 2) 上位控制器來的輸入走步脈沖的電流是否夠大(一般要 >10mA ),以使光耦穩(wěn)定導通,輸入的頻率是否過高,導致接收不到,如果上位控制器的輸出電路是 CMOS 電路,則也要選用 CMOS 輸入型的驅動器。 3) 啟動頻率是否太高,在啟動程序上是否設置了加速過程,最好從電機規(guī)定的啟動頻率內開始加速到設定頻率,哪怕加速時間很短,否則可能就不穩(wěn)定,甚至處于惰態(tài)。 4) 電機未固定好時,有時會出現(xiàn)此狀況,則屬于正常。因為,實際上此時造成了電機的強烈共振而導致進入失步狀態(tài)。電機必須固定好。 5) 對于 5 相電機來說,相位接錯,電機也不能工作。

8、我想通過通訊方式直接控制伺服電機,可以嗎？

      可以的,也比較方便,只是速度問題,用于對響應速度要求不太高的應用。如果要求快速的響應控制參數(shù),最好用伺服運動控制卡,一般它上面有 DSP 和高速度的邏輯處理電路,以實現(xiàn)高速高精度的運動控制。如 S 加速、多軸插補等。

9、 用開關電源給步進和直流電機系統(tǒng)供電好不好？

      一般最好不要,特別是大力矩電機,除非選用比需要的功率大一倍以上的開關電源。因為,電機工作時是大電感型負載,會對電源端形成瞬間的高壓。而開關電源的過載性能不好,會保護關斷,且其精密的穩(wěn)壓性能又不需要,有時可能造成開關電源和驅動器的損壞。可以用常規(guī)的環(huán)形或 R 型變壓器變壓的直流電源。

10、我想用±10V或4~20mA的直流電壓來控制步進電機,可以嗎？

      可以,但需要另外的轉換模塊。

11、我有一個的伺服電機帶編碼器反饋,可否用只帶測速機口的伺服驅動器控制？

      可以,需要配一個編碼器轉測速機信號模塊。

12、 伺服電機的碼盤部分可以拆開嗎？

      禁止拆開,因為碼盤內的石英片很容易破裂,且進入灰塵后,壽命和精度都將無法保證,需要專業(yè)人員檢修。

13、步進和伺服電機可以拆開檢修或改裝嗎？

      不要,最好讓廠家去做,拆開后沒有專業(yè)設備很難安裝回原樣,電機的轉定子間的間隙無法保證。磁鋼材料的性能被破壞,甚至造成失磁,電機力矩大大下降。

14、 伺服控制器能夠感知外部負載的變化嗎？

      如遇到設定阻力時停止、返回或保持一定的推力跟進。

      原則上是可以的,但要搞清楚電機的技術參數(shù)后才能配用,否則會大大降低應有的效果,甚至影響長期運行和壽命。最好向供應商咨詢后再決定。

16、使用大于額定電壓值的直流電源電壓驅動電機安全嗎?

      正常來說這不是問題,只要電機在所設定的速度和電流極限值內運行。因為電機速度與電機線電壓成正比,因此選擇某種電源電壓不會引起過速,但可能發(fā)生驅動器等故障。

      此外, 必須保證電機符合驅動器的最小電感系數(shù)要求,而且還要確保所設定的電流極限值小于或等于電機的額定電流。 事實上,如果你能在你設計的裝置中讓電機跑地比較慢的話 ( 低于額定電壓 ) ,這是很好的 以較低的電壓 ( 因此比較低的速度 ) 運行會使得電刷運轉反彈較少,而且電刷 / 換向器磨損較小,比較低的電流消耗和比較長的電機壽命。 另一方面,如果電機大小的***和性能的要求需要額外的轉矩及速度,過度驅動電機也是可以的,但會犧牲產(chǎn)品的使用壽命。

17、 如何為我的應用選擇適當?shù)墓╇婋娫?

      推薦選擇電源電壓值比最大所需的電壓高 10%-50% 。此百分比因 Kt, Ke, 以及系統(tǒng)內的電壓降而不同。驅動器的電流值應該足夠傳送應用所需的能量。記住驅動器的輸出電壓值與供電電壓不同 , 因此驅動器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流,需要計算此應用所有的功率需求,再增加 5% 。按 I = P/V 公式計算即可得到所需電流值。 推薦選擇電源電壓值比最大所需的電壓高 10%-50% 。此百分比因 Kt, Ke, 以及系統(tǒng)內的電壓降而不同。驅動器的電流值應該足夠傳送應用所需的能量。記住驅動器的輸出電壓值與供電電壓不同 , 因此驅動器輸出電流也與輸入電流不相同。為確定合適的供電電流,需要計算此應用所有的功率需求,再增加 5% 。按 I = P/V 公式計算即可得到所需電流值。

18、 對于伺服驅動器我可以選擇那種工作方式？

      不同的模式并不全部存在于所有型號的驅動器中。

19、驅動器和系統(tǒng)如何接地？

      a. 如果在交流電源和驅動器直流總線(如變壓器)之間沒有隔離的話,不要將直流總線的非隔離端口或非隔離信號的地接大地,這可能會導致設備損壞和人員傷害。因為交流的公共電壓并不是對大地的,在直流總線地和大地之間可能會有很高的電壓。

      b. 在多數(shù)伺服系統(tǒng)中,所有的公共地和大地在信號端是接在一起的。多種連接大地方式產(chǎn)生的地回路很容易受噪音影響而在不同的參考點上產(chǎn)生流。

      c. 為了保持命令參考電壓的恒定,要將驅動器的信號地接到控制器的信號地。 它也會接到外部電源的地,這將影響到控制器和驅動器的工作(如：編碼器的 5V電源)。

      d.屏蔽層接地是比較困難的,有幾種方法。正確的屏蔽接地處是在其電路內部的參考電位點上。這個點取決于噪聲源和接收是否同時接地,或者浮空。要確保屏蔽層在同一個點接地使得地電流不會流過屏蔽層。

20、 減速器為什么不能和電機正好相配在標準轉矩點?

      如果考慮到電機產(chǎn)生的經(jīng)過減速器的最大連續(xù)轉矩,許多減速比會遠遠超過減速器的轉矩等級。如果我們要設計每個減速器來匹配滿轉矩,減速器的內部齒輪會有太多組合( 體積較大、材料多) 。這樣會使得產(chǎn)品價格高,且違反了產(chǎn)品的“高性能、小體積”原則。

21、我如何選擇使用行星減速器還是正齒輪減速器?

      行星減速器一般用于在有限的空間里需要較高的轉矩時,即小體積大轉矩,而且它的可靠性和壽命都比正齒輪減速器要好。正齒輪減速器則用于較低的電流消耗,低噪音和高效率低成本應用。

22、 何為負載率 (duty cycle)?

      負載率 (duty cycle) 是指電機在每個工作周期內的工作時間 / (工作時間 + 非工作時間)的比率。如果負載率低,就允許電機以3 倍連續(xù)電流短時間運行,從而比額定連續(xù)運行時產(chǎn)生更大的力量。

23 、標準旋轉電機的驅動電路可以用于直線電機嗎？

      一般都是可以的。你可以把直線電機就當作旋轉電機,如直線步進電機、有刷、無刷和交流直線電機。具體請向供應商咨詢。

24 、直線電機是否可以垂直安裝,做上下運動？

      可以。根據(jù)用戶的要求,垂直安裝時我們可以加裝動子滑塊平衡裝置或加裝導軌抱閘剎車。

25、在同一個平臺上可以安裝多個動子嗎？

      可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。

26、是否可以將多個無刷電機的動子線圈安裝于同一個磁軌道上？

      可以。只要幾個動子之間不互相妨礙即可。

27 、使用直線電機比滾珠絲桿的線性電機有何優(yōu)點？

      由于定子和動子之間沒有機械連接,所以消除了背隙、磨損、卡死問題,運動更加平滑。突出了更高精度、高速度、高加速度、響應快、運動平滑、控制精度高、可靠性好體積緊湊、外形高度低、長壽命、免維護等特點。

      另外一個給用戶的選型建議是,如果不是必須,推拉力或負重、速度、定位精度這三個主要參數(shù)不要同時要求很高,因為致動執(zhí)行器是一個高精度高技術的機電一體化產(chǎn)品,我們在設計制造時需要從機械結構、電氣性能、材料特性、材質和處理方法等多方面考慮并選擇相應的組成電機、驅動控制器和反饋裝置,以及不同精度等級的導軌、絲桿、支撐座和其它機械系統(tǒng),使之達到需要的整體運動參數(shù),可謂牽一發(fā)動全身的產(chǎn)品。當然,您有高要求的產(chǎn)品需要,我們還是可以滿足,只是成本會相應的提高。

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