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步進電機矩頻特性曲線分析

2017-11-25
關鍵詞: 控制器 步進電機

  步進電機是一種感應電機,它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成分時供電的,多相時序控制電流,用這種電流為步進電機供電,步進電機才能正常工作,驅動器就是為步進電機分時供電的,多相時序控制器。

  雖然步進電機已被廣泛地應用,但步進電機并不能像普通的直流電機,交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易事,它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。步進電機作為執行元件,是機電一體化的關鍵產品之一,廣泛應用在各種自動化控制系統中。隨著微電子和計算機技術的發展,步進電機的需求量與日俱增,在各個國民經濟領域都有應用。

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  解讀步進電機矩頻特性

  步進電機的功率是多少?怎么計算? P = F&TImes;S/t = F&TImes;v=F&TImes;r&TImes;ω=F×r×2πf

  下圖是一款4Nm的步進電機的矩頻特性曲線,86電機,95mm??吹竭@個圖,也許你會被其陡峭的下降趨勢嚇著,不要擔心,我們給逐點它計算出來

  步進電機矩頻特性曲線分析

  0、先看A區,是一段相對水平的直線,扭矩均為4Nm,輸出功率與轉速成正比,A區的最大轉速為60r/min=1Hz

  則A區的最大輸出功率P0= 4(Nm)×2×3.14×1(Hz)=25.12(W)

  1、1點對應的扭矩3.9Nm,對應的轉速80r/min=1.33Hz,則輸出功率P1=32.57(W)

  2、2點對應的扭矩3.3Nm,對應的轉速200r/min=3.33Hz,則輸出功率P2=69.01(W)

  3、3點對應的扭矩2.75Nm,對應的轉速300r/min=5Hz,則輸出功率P3=86.35(W)

  4、4點對應的扭矩2.1Nm,對應的轉速400r/min=6.67Hz,則輸出功率P4=87.96(W)

  5、5點對應的扭矩1.5Nm,對應的轉速600r/min=10Hz,則輸出功率P5=94.20(W)

  6、6點對應的扭矩0.95Nm,對應的轉速900r/min=15Hz,則輸出功率P6=89.49(W)

  7、7點對應的扭矩0.3Nm,對應的轉速2000r/min=33.33Hz,則輸出功率P7=62.79(W)

  可以看出,該電機在600r/min時輸出功率達到最大值94W,轉換為三相交流電機為P×η=94w,設η=0.75,則額定功率P=125W 該步進電機2000r/min的功率下降為67%

  再看一例 86電機 125mm

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  步進電機矩頻特性曲線分析

  0、先看A區,扭矩均為5.8Nm,A區的最大轉速為70r/min=1.17Hz 則A區的最大輸出功率P0= 5.8(Nm)×2×3.14×1.17(Hz)=42.62(W)

  1、1點對應的扭矩5.3Nm,對應的轉速400r/min=6.67Hz,則輸出功率P1=222.00(W)

  2、2點對應的扭矩4.8Nm,對應的轉速600r/min=10Hz,則輸出功率P2=301.44(W)

  3、3點對應的扭矩4Nm,對應的轉速800r/min=13.33Hz,則輸出功率P3=334.85(W)

  4、4點對應的扭矩3.5Nm,對應的轉速900r/min=15Hz,則輸出功率P4=329.7(W)

  5、5點對應的扭矩3Nm,對應的轉速1000r/min=16.67Hz,則輸出功率P5=314.06(W)

  6、6點對應的扭矩1.35Nm,對應的轉速2000r/min=33.33Hz,則輸出功率P6=282.57(W)

  可以看出,該電機在800r/min時輸出功率達到最大值335W,轉換為三相交流電機為P×η=335w,設η=0.75,則額定功率P=447W 該步進電機2000r/min的功率下降為84%

  這是我隨機抽出的2例矩頻特性曲線,屬于同一家的產品。通過以上2例比較,得出結論:同是步進電機,即便是相同的廠家,其硬特性也是不同的,適用場合也不同。而且要注意的是這2個圖,驅動電壓不同。

  我們怎么選擇步進電機呢?最重要的就是索取矩頻特性曲線,最好是不同驅動電壓下的一組曲線。對于步進電機而言,只要是轉起來了,驅動器參數一定的情況下,不管速度大小,電功率的消耗差距很小,輸出功率差距很大,即效率差距大,如果我們使用中經常將電機運行在低效率的條件下,功率損失部分要發熱,效率越低,發熱越厲害,不利于電機壽命。

  P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60

  其P為功率單位為瓦,Ω為每秒角速度,單位為弧度,n為每分鐘轉速,M為力矩單位為牛頓·米


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