鸣志步进电机技术参数与术语
负载
A. 力矩负载 (Tf) Tf = G * r G:负载重量 r: 半径
B. 惯量负载 (TJ) TJ = J * dw/dt J = M * (R12+R22) / 2 (Kg * cm) M: 负载质量 R1: 外圈半径 R2: 内圈半径 dω/dt: 角加速度
速度-力矩曲线
速度-力矩曲线是步进电机输出特性的重要表现形式。
A. 工作频率点 电机在某一点的转速值。 n = q * Hz / (360 * D) n: 转/秒 Hz: 频率值 D: 驱动电路细分值 q: 步距角 例如: 距角1.8°的步进电机, 在 1/2 细分驱动方式下 (即每步 0.9°) 、 工作频率 500Hz 时的转速为1.25r/s.
B. 自启动区域 步进电机可以直接启动和停止的区域。
C. 连续运行区域 在该区域内, 电机无法直接启动或停止。 电机在该区域内运行必须先经过自启动区域, 然后经过加速达到该工作区域运行。 同理, 电机在该区域内也无法直接制动, 否则容易造成电机失步, 必须先经减速到达自启动区域内再制动。
D. 最高启动频率 电机空载状态下, 保证电机不丢步运行的最大脉冲频率。
E. 最高运行频率 空载情况下, 已励磁电机运行而不丢步的最高脉冲频率。
F. 启动力矩/牵入力矩 满足步进马达在一定脉冲频率下启动并开始运行, 不失步的最大负载力矩。
G. 运行力矩/牵出力矩 满足步进马达在一定脉冲频率下稳定运行, 不失步的最大负载力矩。
加速/减速运动控制
当电机运行频率点在速度-力矩曲线的连续运行区域内时, 如何缩短电机启动或停止时的加速或减速时间, 使电机更长时间地运行在最佳速度状态, 从而提高电机的有效运行时间是非常关键的。
如右图所示, 步进电机的动态力矩特性曲线, 低速运行时曲线为水平直线状态; 高速运行时, 由于受到电感的影响, 曲线发生了指数下降。
A. 低转速状态下的直线加速运行 已知电机负载为TL, 假设想从F0 在最短时间 (t r)内加速到F1, 如何来计算最短时间 t r ? (1) 通常情况下 TJ = 70%Tm (2) t r = 1.8 * 10 -5 * J * q * (F1-F0)/(TJ -TL) (3) F (t) = (F1-F0) * t/t r + F0, 0<t<t r
B. 高转速状态下的指数加速运行 (1) 通常情况下 TJ 0 = 70%Tm0, TJ 1 = 70%Tm1, TL = 60%Tm1 (2) t r = F4 * I n [(TJ 0-TL)/(TJ 1-TL)] (3) F (t) = F2 * [1 – e^(-t/F4)] + F0, 0<t<tr F2 = (TL-TJ 0) * (F1-F0)/TJ 1-TJ 0) F4 = 1.8 * 10-5 * J * q * F2/(TJ 0-TL)
备注: J 表示电机转子加负载时的转动惯量。 q 表示每一步的转动角度, 在整部驱动时就是指电机的步距角。 在减速运行时, 只需将上述的加速脉冲频率反转过来计算就可以了。
振动与噪音
一般来讲,步进电机在空载运行情况下,当电机的运行频率接近或等于电机转子的固有频率时会发生共振,严重的会发生失步现象。
针对共振的几种解决方案:
A. 避开振动区
使电机的工作频率不落在振动范围内
B. 采用细分的驱动模式
使用微步驱动模式,将原来的一步细分为多步运行, 提高电机的每步分辨率,从而降低振动。这可以通过调整电机的相电流比来实现的。微步并不会增加步距角精确度,却能使电机运行更加平稳,噪音更小。一般电机在半步运行时,力矩会比整步时小15%,而采用正弦波电流控制时,力矩将减小30%。
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