5.1 步进电动机的位移量与输入脉冲数严格成正比,这就不会引起误差的积累,其转速与脉 冲频率和步矩角有关。控制输入脉冲数量、频率及电动机各组的接通次序,可以得到各种需要的运行特征。
5.2步进电机的作用就是能够精确控制转动的角度,步距角越小,它每一步能转动的角度就越小,我们就能得到更精
确的角度控制.比如步角为3度的,我们可以控制3度,6度,9度...,而步角为10度的,我们只能控制10度,20度,30度...显然步角越小,能控制的角度越精确.
5.3电磁式(激磁式) 特点:电动机的定子和转子均有绕组,靠电磁力矩使转子转动。
磁阻式(反应式) 特点:气隙小,定位精度高;步距小,控制准确;励磁电流较大,要求驱动电源功率大;电动机内部阻尼较长,当相数较小时,单步运行振荡时间较长;断电后无定位转矩,使用中需自锁定位。
永磁式 特点:步距角大,控制精度不高;控制功率小,效率高;内阻尼较大,单片振荡时间短;断电后具有一定的定位转矩。
混合式(永磁感应子式) 特点:驱动电流小,效率高,过载能力强,控制精度高。 5.4每当输入一个电脉冲时,电动机转过的一个固定的角度称为步矩角。
一台步进电动机有两个步矩角,说明它有两种通电方式,3°的意思是相邻两次通电的相的数目相同时的步矩角,1.5°的意思是相邻两次通电的相的数目不同时的步矩角。 单三拍:每次只有一相绕组通电,而每个循环只有三次通电。 单双六拍:第一次通电有一相绕组通电,然后下一次有两相通电,这样交替循环运行, 而每次循环只有六次通电。 双三拍:每次有两相绕组通电,每个循环有三次通电。
5.8 1) 步距角——步进电动机的主要性能指标之一,它直接影响启动和运行频率2)最大静转矩3) 空载启动频率 ——步进电动机在空载情况下,不失步启动所允许的最高频率。在负载情况下,不失步启动所允许的最高频率随负载的增加而显著下降。 4) 连续运行频率——当步进电动机运行频率连续上升时,电动机不失步运行的最高频率。5) 精度——用一周内最大的步距角误差值表示.6) 输入电压U、输入电流I和相数m三项指标与驱动电源有关。
5.9当脉冲信号频率很低时,控制脉冲以矩形波输入,电流比较接近于理想的矩形波。如果脉冲信号频率增高,由于电动机绕组中的电感有阻止电流变化的作用,因此电流波形发生畸变。如果脉冲频率很高,则电流还来不及上升到稳定值就开始下降,于是,电流的幅值降低,因而产生的转矩减小,致使带负载的能力下降。故频率过高会使步进电动机启动不了或运行时失步而停下。因此,对脉冲信号频率是有限制的。 5.10根据转速公式n=βf*60/2π可知,f=nπ/β*30。所以步矩角β越小运行频率f就越高,启动频率相应地也高。 在负载转矩一定的情况下,最大静转矩越大,电流的幅值越大,高频虽然会造成电动机的启动转矩减小,但仍可能大于负载转矩。因此最大静转矩大的步进电动机,启动频率和运行频率越高。
5.11负载转矩和转动惯量越大,步进电动机的启动频率和运行频率越低。矩频特性如右图所示。
5.12当负载增加时,电磁转矩增大;由n=Uc/(KeΦ)-RT/(KeKtΦ2)可知,负载增大后,转速变慢。根据T= KtΦIa可知,控制电流增大。
5.13由电动机电压平衡方程式得: Uc=E+IaRa=KeΦn+ IaRa 所以110=KeΦ×3000+0.05Ra 110=KeΦ×1500+1×Ra 解得:KeΦ=0.0357;Ra=56.41Ω 所以T1=KtΦIa1=9.55 KeΦIa1=9.55×0.0357×0.05=0.017N·m T2=KtΦIa2=9.55 KeΦIa2=9.55×0.0357×1=0.341N·m
由(n=n1=3000r/min,T1=0.017 N·m)和(n=n2=1500r/min,T2=0.341 N·m)两点在n-T平面上作直线,如下图所示即为该直流伺服电动机的机械特性曲线,机械特性表达式为n=3079-4630T。
5.14根据直流伺服电动机的机械特性公式可知n0=Uc/( KeΦ),所以理想空载转速与电枢控制电压成正比。所以当Uc=50V时,理想空载转速n0等于1500r/min。 5.15直流力矩电动机的电磁转矩为T=BIaNlD/2,在电枢体积相同的条件下,D增大时,铁心长度l就应减小;其次,在相同电流Ia以及相同用铜量的条件下,电枢绕组的导线粗细不变,则总导体数N应随l的减小而增加,以保持Nl不变,故式中的BIaNl/2近似为常数,故转矩T与直径D近似成正比例关系。电动机的直径越大力矩就越大。 5.16因为在设计、制造上保证了电动机能在低速或堵转下运行,在堵转的情况下能产生足够大的力矩而不损坏,加上它有精度高、反应速度快、线性度好等优点,因此它常用在低速、需要转矩调节和需要一定张力的随动系统中作为执行元件。所以多数数控机床的进给系统适宜采用大惯量直流电动机。
5.17无换向器电动机是由一台同步电动机和一套简单的逆变器组成,构造简单,没有换向器。其工作原理、特性及调速方式与直流电动机相似。根据容量不同,有晶体管电动机和晶闸管电动机。有两种不同的调速方式:直流无换向器电动机调速方式和交流无换向器电动机调速方式。
5.19直线电动机较之旋转电动机的优点是:1、直线电动机无需中间传动机构,因而使整个机构得到简化,提高了
精度,减少了振动和噪声;2、响应快速;3、散热良好,额定值高,电流密度可取很大,对启动的限制小;4、装配灵活性大,往往可将电动机的定子和动子分别与其他机体合成一体。 其缺点是存在着效率和功率因数低,电源功率大及低速性能差等缺点。
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