【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ mm） 勵(lì)磁繞組相數(shù)或代號(hào) 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) BF 電動(dòng)機(jī)外徑 （ mm） 5）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)技術(shù)指標(biāo)實(shí)例 90 BYG 2 50 A 機(jī)座號(hào) 混合式 相數(shù) 轉(zhuǎn)子齒數(shù) 派生代號(hào) （外徑） mm 步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 混合式步進(jìn)電機(jī)（兼有永磁式和反應(yīng)式兩種步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)）。 轉(zhuǎn)子 由圓周上均勻分布一定數(shù)量小齒的兩段齒片組成，這兩段齒片相互 錯(cuò)開半個(gè)齒距 ，兩塊齒片之間夾有一個(gè)軸向充磁的環(huán)形永久磁鋼 (如圖 34所示 )。這樣，與 N極磁鋼相連的那段轉(zhuǎn)子整個(gè)呈 N極，另一端與S極磁鋼相連，呈 S極，產(chǎn)生的合成轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。一般為兩相或三相；須供給正負(fù)脈沖信號(hào)； 輸出轉(zhuǎn)矩較永磁式大（消耗功率相對(duì)較?。?；步距角較永磁式小（一般為 ）； 斷電時(shí)無(wú)定位轉(zhuǎn)矩；啟動(dòng)和運(yùn)行頻率較高；是目前發(fā)展較快的一種步進(jìn)電機(jī)。 39 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩和失步是一種普遍存在的現(xiàn)象，它影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行，因此要盡力避免。 失步 包括 丟步 和 越步 。丟步時(shí)指轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步距數(shù)小于脈沖數(shù)；越步是指轉(zhuǎn)子前進(jìn)的步距數(shù)多于脈沖數(shù)。丟步嚴(yán)重時(shí)，轉(zhuǎn)子將停留在一個(gè)位置上或圍繞一個(gè)位置振動(dòng)。 （ a）振蕩 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩現(xiàn)象主要發(fā)生于： （ 2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩、失步及解決方法 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在低頻區(qū)； 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在共振區(qū)； 步進(jìn)電機(jī)突然停車時(shí)。 ? 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在低頻區(qū)時(shí) ，由于勵(lì)磁脈沖間隔的時(shí)間較長(zhǎng)，步進(jìn)電機(jī)表現(xiàn)為單步運(yùn)行。 當(dāng)勵(lì)磁開始時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下加速轉(zhuǎn)動(dòng)。在到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)，電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速最大，由于慣性，轉(zhuǎn)子沖過(guò)平衡點(diǎn)。這時(shí)電磁力產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子在負(fù)轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速逐漸為零，并開始反向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)過(guò)平衡點(diǎn)后，電磁力又產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，迫使轉(zhuǎn)子又正向轉(zhuǎn)動(dòng)，形成轉(zhuǎn)子圍繞平衡點(diǎn)的振蕩。由于有機(jī)械摩擦和電磁阻尼的作用，這個(gè)振蕩表現(xiàn)為衰減振蕩，最終穩(wěn)定在平衡點(diǎn)。 ? 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在共振區(qū)時(shí)， 步進(jìn)電機(jī)的 控制脈沖頻率 接近 步進(jìn)電機(jī)的固有頻率 ? (振蕩頻率 )或 固有頻率的分頻或倍頻 ，這會(huì)使振蕩加劇，嚴(yán)重時(shí)造成失步。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的 固有頻率 ?(振蕩頻率 ) 可由下式求出： 振蕩失步的過(guò)程 可描述如下：在第一個(gè)脈沖到來(lái)后，轉(zhuǎn)子經(jīng)歷了一次振蕩。當(dāng)轉(zhuǎn)子回?cái)[到最大幅值時(shí)，恰好第二個(gè)脈沖到來(lái)，轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩為負(fù)值，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)回?cái)[。接著第三個(gè)脈沖到來(lái)，轉(zhuǎn)子受正電磁轉(zhuǎn)矩的作用回到平衡點(diǎn)。這樣，轉(zhuǎn)子經(jīng)過(guò)三個(gè)脈沖仍然回到原來(lái)位置，也就是丟了三步。 J— 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； Z— 轉(zhuǎn)子齒數(shù)； Tmax— 最大轉(zhuǎn)矩。 ? 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)工作在高頻區(qū)時(shí) ，由于換相周期短，轉(zhuǎn)子來(lái)不及反沖。同時(shí)繞組中的電流尚未上升到穩(wěn)定值，轉(zhuǎn)子沒(méi)有獲得足夠的能量，所以在這個(gè)工作區(qū)中不會(huì)產(chǎn)生振蕩。減小步距角可以減小振蕩幅值，以達(dá)到削弱振蕩的目的。 （ b）失步 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步原因有兩種： ? 第一種是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速慢于換相速度 。例如，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，如果 脈沖的頻率較高 ，由于電動(dòng)機(jī)來(lái)不及獲得足夠的能量，使其無(wú)法令轉(zhuǎn)子跟上旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，所以引起失步。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有一個(gè)啟動(dòng)頻率，超過(guò)啟動(dòng)頻率啟動(dòng)時(shí)，肯定會(huì)產(chǎn)生失步。（注意，啟動(dòng)頻率不是一個(gè)固定值，提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、減小電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減小步距角都可以提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率） ? 第二種是轉(zhuǎn)子的平均速度大于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度 。這主要發(fā)生在制動(dòng)和突然換相時(shí)，轉(zhuǎn)子獲得過(guò)多的能量，產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)沖，引起失步。 消除振蕩是通過(guò)增加阻尼的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要有機(jī)械阻尼法和電子阻尼法兩大類。 機(jī)械阻尼法比較單一，就是在電動(dòng)機(jī)軸上加阻尼器； 電子阻尼法有多種，主要有：多相勵(lì)磁法、變頻變壓法、細(xì)分步法、反相阻尼法等。 （ c）阻尼方法 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性，不僅與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)本身的特性和負(fù)載有關(guān)，而且與配套使用的驅(qū)動(dòng)電源（即驅(qū)動(dòng)電路）有著十分密切的關(guān)系。 驅(qū)動(dòng)電源按供電方式分類， 有：?jiǎn)坞妷汗╇?、雙電壓供電、調(diào)頻調(diào)壓供電 ；按功率驅(qū)動(dòng)部分所用元件分類，有 大功率晶體管驅(qū)動(dòng)、快速晶閘管驅(qū)動(dòng)、可關(guān)斷晶閘管驅(qū)動(dòng)、混合驅(qū)動(dòng)。 圖 37為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)原理圖。 三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法 驅(qū)動(dòng)器： 德國(guó)百格拉 WD3007 信號(hào)接口： PULSE+ 電機(jī)輸入控制脈沖信號(hào)； DIR+ 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向控制信號(hào)； RESET+ 復(fù)位信號(hào)，用于封鎖輸入信號(hào)； READY+ 報(bào)警信號(hào)； PULSE、 DIR、 RESET和 READY短接公共地； 狀態(tài)指示： RDY 燈亮表示驅(qū)動(dòng)器正常工作； TEMP 燈亮表示驅(qū)動(dòng)器超溫； FLT 燈亮表示驅(qū)動(dòng)器故障； 功能選擇： 設(shè)置電機(jī)相電流； STEP STEP2 設(shè)置電機(jī)每轉(zhuǎn)的步數(shù)； 設(shè)定半流功能 可設(shè)置成“脈沖和方向”控制方式； 也可以設(shè)置成“正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)”控制方式； 功率接口： DC+和 DC接制動(dòng)電容； U、 V、 W 接電機(jī)動(dòng)力線， PE是地； L、 N、 PE 接驅(qū)動(dòng)器電源， 電源電壓是 220VAC輸入時(shí)，最大電流是 3A。電源線橫截面 ≥ 平方毫米，盡量短。驅(qū)動(dòng)器的 L端和 N端接供電電源，同時(shí)要串接一個(gè) 險(xiǎn)絲； PE為接地。 PULSE： 脈沖信號(hào)輸入端，每一個(gè)脈沖的 上升沿 使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一步。 DIR： 方向信號(hào)輸入端，如 “ DIR”為低電平，電機(jī)按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn) ； “ DIR”為高電平電機(jī)按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 CW： 正轉(zhuǎn)信號(hào)，每個(gè)脈沖使電機(jī)正向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。 CCW： 反轉(zhuǎn)信號(hào)，每個(gè)脈沖使電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)一步。 RESET： 復(fù)位信號(hào)，如復(fù)位信號(hào)為 低電平時(shí) ,輸入脈沖信號(hào)起作用 ，如果復(fù)位信號(hào)為 高電平時(shí)就禁止任何有效的脈沖 ， 輸入信號(hào)無(wú)效 ，電機(jī)無(wú)保持扭矩。 READY: 輸入報(bào)警信號(hào)： READY是繼電器開關(guān)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí)繼電器閉合，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器工作異常時(shí)繼電器斷開。繼電器允許最高輸入電壓和電流是： 35VDC， 10mA≤I≤200mA，電阻性負(fù)載。如用該繼電器，要把他串聯(lián)到 CNC的某輸入端。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器正常工作時(shí)繼電器閉合，外部24VDC通過(guò)繼電器輸入到 CNC輸入端，否則外部 24VDC無(wú)法輸入到 CNC輸入端。 注意： PULSE＋與 CW＋， PULSE－與 CW－， DIR＋與 CCW＋， DIR－與 CCW－對(duì)應(yīng)同一個(gè)接口，按控制方式不同給出兩種定義名稱；可以用兩相脈沖輸出（ CW/CCW）方式進(jìn)行控制，也可以用（ PULSE+DIR）方式控制。 脈沖、方向信號(hào)時(shí)序圖 上位機(jī)的控制信號(hào)可以高電平有效，也可以低電平有效。 高有效時(shí)，把所有控制信號(hào)的負(fù)端連在一起作為信號(hào)地， 低有效時(shí)，把所有控制信號(hào)的正端連在一起作為信號(hào)公共端。 ：設(shè)置輸出相電流 位置 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 電流 STEP STEP2：設(shè)置電機(jī)每轉(zhuǎn)步數(shù) 驅(qū)動(dòng)器 WD3007可將電機(jī)的步數(shù)分別設(shè)置為 500、 1000、 5000、10000步。用戶可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)器正面板上的兩個(gè)撥碼開關(guān) STEP STEP2設(shè)置電機(jī)的步數(shù)如下表： STEP1狀態(tài) OFF ON OFF ON STEP2狀態(tài) OFF OFF ON ON 步數(shù) /轉(zhuǎn) 500 1000 5000 10000 ：設(shè)定半流功能 半流功能是指電機(jī) 帶電靜止 100ms后 ，驅(qū)動(dòng)器 輸出電流降為額定輸出電流的 60%，用來(lái)防止電機(jī)發(fā)熱。當(dāng)撥碼開關(guān) 為“ OFF”時(shí)，有半流功能；當(dāng)設(shè)置成“ ON”時(shí)，無(wú)半流功能。 ：控制方式選擇 撥碼開關(guān)（ ）可設(shè)置成兩種控制方式： 當(dāng)設(shè)置成“ OFF”時(shí)，為“脈沖和方向”控制方式； 當(dāng)設(shè)置成“ ON”時(shí)，為“正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)”控制方式。 “ ” 為控制方式選擇開關(guān) 控制方式 高電平有效接線 低電平有效接線 ON 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn) （雙脈沖方式） CW+接正轉(zhuǎn)信號(hào) CCW+接反轉(zhuǎn)信號(hào) CW與 CCW短接為信號(hào)地 CW接正轉(zhuǎn)信號(hào) CCW接反轉(zhuǎn)信號(hào) CW+與 CCW+短接為公共端 OFF 脈沖和方向 （單脈沖方式） PULSE+接脈沖信號(hào) DIR+接方向信號(hào) PULSE與 DIR短接為信號(hào)地 PULSE接脈沖信號(hào) DIR接方向信號(hào) PULSE+與 DIR+短接為公共端 ? 第一、按預(yù)定的工作方式分配各個(gè)繞組的通電脈沖； ? 第二、控制步進(jìn)電機(jī)的速度，使它始