一體化步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器
一體化步進(jìn)電機(jī)微型驅(qū)動(dòng)控制器選型快速指南
簡(jiǎn)介
現(xiàn)代社會(huì)分工日益細(xì)化。不論企業(yè)還是用戶(hù),只有專(zhuān)注于最擅長(zhǎng)的工作才能使利益最大化。步進(jìn)電機(jī)的用戶(hù)多數(shù)不研究電機(jī)的控制和優(yōu)化，而是將其應(yīng)用于某個(gè)場(chǎng)合?；谶@點(diǎn)，國(guó)外開(kāi)始盛行一體化步進(jìn)系統(tǒng)，即將步進(jìn)電機(jī)、反饋裝置、驅(qū)動(dòng)放大器、運(yùn)動(dòng)控制器組合成一個(gè)整體。其優(yōu)勢(shì)為：體積小、故障率低、無(wú)需匹配電機(jī)和驅(qū)動(dòng)控制器，使用簡(jiǎn)單，系統(tǒng)設(shè)計(jì)和維護(hù)方便，大大減少產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間。
然而國(guó)外的一體化步進(jìn)系統(tǒng)售價(jià)高昂，一般在200到1000美金一臺(tái)/軸。鑒于國(guó)內(nèi)實(shí)際情況，上海優(yōu)愛(ài)寶公司從美國(guó)引進(jìn)了一體化步進(jìn)系統(tǒng)全面技術(shù)，以適合中國(guó)的價(jià)格為國(guó)內(nèi)用戶(hù)提供一體化步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)。其低端產(chǎn)品比國(guó)內(nèi)同類(lèi)售價(jià)略低，其高端產(chǎn)品國(guó)內(nèi)尚無(wú)類(lèi)似，其價(jià)格是國(guó)外產(chǎn)品的1/10。關(guān)鍵元器件全部由美國(guó)合作公司在美國(guó)本土采購(gòu)。
針對(duì)目前步進(jìn)電機(jī)用戶(hù)選型一體化步進(jìn)電機(jī)微型驅(qū)動(dòng)控制器的一些疑問(wèn)特撰文如下。
一體化步進(jìn)系統(tǒng)由步進(jìn)電機(jī)、反饋系統(tǒng)（選配）、驅(qū)動(dòng)放大器、運(yùn)動(dòng)控制器等子系統(tǒng)組成。如果把用戶(hù)上位機(jī)（PC、PLC等）比作公司老板，運(yùn)動(dòng)控制器就是高管，驅(qū)動(dòng)放大器就是技工，步進(jìn)電機(jī)就是機(jī)床。老板通過(guò)某種通訊方式/協(xié)議（電話(huà)、電報(bào)、電郵等）協(xié)調(diào)數(shù)個(gè)高管間合作。高管根據(jù)老板意思，作出詳細(xì)工作計(jì)劃通知手下的技工。技工根據(jù)高管的計(jì)劃開(kāi)機(jī)床完成生產(chǎn)任務(wù)。同時(shí)由于該機(jī)床（步進(jìn)電機(jī)）質(zhì)量很好，一般不出次品。但是為保證質(zhì)量，可以增加質(zhì)檢人員（即反饋系統(tǒng)），在發(fā)生質(zhì)量問(wèn)題時(shí)通知高管和老板以決定對(duì)策。老板不會(huì)開(kāi)機(jī)床，也不懂生產(chǎn)，但是由于有高管和技工的幫助，老板照樣能統(tǒng)領(lǐng)多個(gè)高管完成復(fù)雜的任務(wù)。高管+技工+機(jī)床就是一個(gè)一體化的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)，而用戶(hù)則是老板。
以下對(duì)各子系統(tǒng)選型時(shí)的基本考量分別作簡(jiǎn)單介紹。
步進(jìn)電機(jī)
步進(jìn)電機(jī)能將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移。在額定功率范圍內(nèi)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，加上步進(jìn)電機(jī)累積誤差較小等特點(diǎn)，使得在速度、位置等領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變得較為簡(jiǎn)單。步進(jìn)電機(jī)分三種，目前主要廣泛應(yīng)用的是混合式步進(jìn)電機(jī)。選用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，必須注意如下廠方參數(shù)（均和電機(jī)一同提供）：
1） 步距角： 收到一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。實(shí)際步距角和驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)有關(guān)。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步距角的3-5%，不累積。
2） 相數(shù)： 電機(jī)內(nèi)部的線(xiàn)圈組數(shù)。相數(shù)不同，步距角不同。如使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則‘相數(shù)’沒(méi)有意義：改變細(xì)分?jǐn)?shù)就可改變步距角。
3） 保持轉(zhuǎn)矩：亦稱(chēng)為最大靜轉(zhuǎn)矩。指額定電流下轉(zhuǎn)速為零時(shí)，外力迫使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)所需的力矩。保持轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩和功率隨速度增大而不斷變化，所以保持轉(zhuǎn)矩是衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。雖然保持轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)。但過(guò)份采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。
保持轉(zhuǎn)矩的選型確定：
步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。階越（突然）起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速（斜坡）起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，保持轉(zhuǎn)矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，保持轉(zhuǎn)矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)。
4） 額定相電流：指電機(jī)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)額定廠方參數(shù)時(shí)的每相（每個(gè)線(xiàn)圈）電流。實(shí)驗(yàn)證明高于和低于該電流均可造成電機(jī)工作時(shí)某些指標(biāo)超標(biāo)而同時(shí)另一些指標(biāo)不達(dá)標(biāo)。
