步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能像普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。
解读步进电机矩频特性
步进电机的功率是多少?怎么计算? p = f×s/t = f×v=f×r×ω=f×r×2πf
下图是一款4nm的步进电机的矩频特性曲线,86电机,95mm。看到这个图,也许你会被其陡峭的下降趋势吓着,不要担心,我们给逐点它计算出来
0、先看a区,是一段相对水平的直线,扭矩均为4nm,输出功率与转速成正比,a区的最大转速为60r/min=1hz
则a区的最大输出功率p0= 4(nm)×2×3.14×1(hz)=25.12(w)
1、1点对应的扭矩3.9nm,对应的转速80r/min=1.33hz,则输出功率p1=32.57(w)
2、2点对应的扭矩3.3nm,对应的转速200r/min=3.33hz,则输出功率p2=69.01(w)
3、3点对应的扭矩2.75nm,对应的转速300r/min=5hz,则输出功率p3=86.35(w)
4、4点对应的扭矩2.1nm,对应的转速400r/min=6.67hz,则输出功率p4=87.96(w)
5、5点对应的扭矩1.5nm,对应的转速600r/min=10hz,则输出功率p5=94.20(w)
6、6点对应的扭矩0.95nm,对应的转速900r/min=15hz,则输出功率p6=89.49(w)
7、7点对应的扭矩0.3nm,对应的转速2000r/min=33.33hz,则输出功率p7=62.79(w)
可以看出,该电机在600r/min时输出功率达到最大值94w,转换为三相交流电机为p×η=94w,设η=0.75,则额定功率p=125w 该步进电机2000r/min的功率下降为67%
再看一例 86电机 125mm
0、先看a区,扭矩均为5.8nm,a区的最大转速为70r/min=1.17hz 则a区的最大输出功率p0= 5.8(nm)×2×3.14×1.17(hz)=42.62(w)
1、1点对应的扭矩5.3nm,对应的转速400r/min=6.67hz,则输出功率p1=222.00(w)
2、2点对应的扭矩4.8nm,对应的转速600r/min=10hz,则输出功率p2=301.44(w)
3、3点对应的扭矩4nm,对应的转速800r/min=13.33hz,则输出功率p3=334.85(w)
4、4点对应的扭矩3.5nm,对应的转速900r/min=15hz,则输出功率p4=329.7(w)
5、5点对应的扭矩3nm,对应的转速1000r/min=16.67hz,则输出功率p5=314.06(w)
6、6点对应的扭矩1.35nm,对应的转速2000r/min=33.33hz,则输出功率p6=282.57(w)
可以看出,该电机在800r/min时输出功率达到最大值335w,转换为三相交流电机为p×η=335w,设η=0.75,则额定功率p=447w 该步进电机2000r/min的功率下降为84%
这是我随机抽出的2例矩频特性曲线,属于同一家的产品。通过以上2例比较,得出结论:同是步进电机,即便是相同的厂家,其硬特性也是不同的,适用场合也不同。而且要注意的是这2个图,驱动电压不同。
我们怎么选择步进电机呢?最重要的就是索取矩频特性曲线,最好是不同驱动电压下的一组曲线。对于步进电机而言,只要是转起来了,驱动器参数一定的情况下,不管速度大小,电功率的消耗差距很小,输出功率差距很大,即效率差距大,如果我们使用中经常将电机运行在低效率的条件下,功率损失部分要发热,效率越低,发热越厉害,不利于电机寿命。
p= ω·m ω=2π·n/60 p=2πnm/60
其p为功率单位为瓦,ω为每秒角速度,单位为弧度,n为每分钟转速,m为力矩单位为牛顿·米
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