αSTEP/步進電動機
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?步進電動機的工作原理 |
| ?步進電動機的基本特性 |
?步進電動機組合產(chǎn)品 |
| ?步進電動機的驅(qū)動器 |
?閉環(huán)步進電動機αSTEP |
| ?利用勵磁定時信號的機械原點返回運行 |
?電纜線長度與傳送頻率的關(guān)系 |
| ?聯(lián)軸器剛性對裝置的影響 |
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步進電動機的基本特性 |
使用步進電動機時，電動機的特性是否符合使用條件，是相當重要的一點。在此說明步進電動機使用時的重要特性。步進電動機的特性可大略分為兩項。
● 動特性 ：
這是與步進電動機起動或旋轉(zhuǎn)時有關(guān)的特性，主要會影響機器的工作、周期時間等。
● 靜特性 ：
這是與步進電動機停止時角度變化有關(guān)的特性，主要會影響機器的精度。
動特性
● 轉(zhuǎn)速―轉(zhuǎn)矩特性這是表示驅(qū)動步進電動機時的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，如特性圖所示。
是選用步進電動機時所必須考慮的特性。橫軸代表電動機輸出軸的轉(zhuǎn)速，而縱軸則代表轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速―轉(zhuǎn)矩特性取決于電動機及驅(qū)動器，因使用的驅(qū)動器種類不同會有較大差異。
①最大勵磁轉(zhuǎn)矩（TH ：Holding Torque）
是指步進電動機在通電狀態(tài)（額定電流）下停止時，本身保有的最大保持轉(zhuǎn)矩（保持力）。
②最大同步轉(zhuǎn)矩（Pullout Torque）
各轉(zhuǎn)速所能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。選用電動機時，必要轉(zhuǎn)矩必須在本曲線的內(nèi)側(cè)。
③最大自起動頻率（fS）
步進電動機的摩擦負載、慣性負載為0時，瞬間（無加減速時間）能起動、停止的最大脈沖頻率。當在超過此脈沖頻率的情況下驅(qū)動電動機時，應逐漸進行加減速。隨電動機承載的慣性負載增加，此頻率亦逐漸降低。
（參考慣性負載―自起動頻率特性）
最大響應頻率（fr）
步進電動機的摩擦負載、慣性負載為0時，進行緩慢的加減速時可運行的最大脈沖頻率。
下圖為代表5相步進電動機組合產(chǎn)品的轉(zhuǎn)速―轉(zhuǎn)矩特性。
●慣性負載―自起動頻率特性
表示因自起動頻率的慣性負載而產(chǎn)生變化的特性。
步進電動機的轉(zhuǎn)子本身或負載，因有轉(zhuǎn)動慣量存在，因此于瞬時起動或停止時，電動機軸會產(chǎn)生延遲或超過的現(xiàn)象。此數(shù)值會隨脈沖頻率而變化，但是若超過某一數(shù)值時電動機將無法跟蹤脈沖頻率，而產(chǎn)生失步（miss-step）現(xiàn)象。
將即將失步前的脈沖頻率稱為自起動頻率。
表示因自起動頻率的慣性負載而產(chǎn)生變化的特性。
步進電動機的轉(zhuǎn)子本身或負載，因有轉(zhuǎn)動慣量存在，因此于瞬時起動或停止時，電動機軸會產(chǎn)生延遲或超過的現(xiàn)象。此數(shù)值會隨脈沖頻率而變化，但是若超過某一數(shù)值時電動機將無法跟蹤脈沖頻率，而產(chǎn)生失步（miss-step）現(xiàn)象。
將即將失步前的脈沖頻率稱為自起動頻率。
相對于慣性負載的最大自起動頻率的變化可以根據(jù)下列公式算出近似值。
●振動特性
步進電動機以連續(xù)的步距狀態(tài)邊移動邊重復旋轉(zhuǎn)。其步距狀態(tài)的移動會產(chǎn)生如下所示的1步距響應。
①停止狀態(tài)的步進電動機輸入1個脈沖時，會朝下一個步距角度進行加速。
②加速后的電動機通過步距角度并過沖某個角度后，則會朝反方向被拉回。
③如此般衰減振動后，將于既定的步距角度位置上停止下來。
步進電動機以連續(xù)的步距狀態(tài)邊移動邊重復旋轉(zhuǎn)。其步距狀態(tài)的移動會產(chǎn)生如下所示的1步距響應。
①停止狀態(tài)的步進電動機輸入1個脈沖時，會朝下一個步距角度進行加速。
②加速后的電動機通過步距角度并過沖某個角度后，則會朝反方向被拉回。
③如此般衰減振動后，將于既定的步距角度位置上停止下來。
產(chǎn)生此一衰減振動的步距狀態(tài)的移動即為低速旋轉(zhuǎn)時的振動原因。振動特性所表現(xiàn)的即是步進電動機旋轉(zhuǎn)中的振動的大小的特性。振動幅度越小旋轉(zhuǎn)越順暢。
靜特性
●角度―轉(zhuǎn)矩特性
將電動機以額定電流勵磁，并由外部朝電動機轉(zhuǎn)軸施加轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子角度產(chǎn)生變化，此時角度與轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱為角度―轉(zhuǎn)矩特性。下圖即其特性的表示。
將上示特性圖中各點上的定子與轉(zhuǎn)子的小齒的位置關(guān)系表示為如下圖。
在穩(wěn)定點①平衡并停止時，向電動機轉(zhuǎn)軸施加外力，則會向左產(chǎn)生欲將之拉回穩(wěn)定點①的轉(zhuǎn)矩T（+），并于與外力取得平衡的角度上停止。②
繼續(xù)增加外力時，即會有一角度的發(fā)生轉(zhuǎn)矩達到最大。此時所發(fā)生轉(zhuǎn)矩稱為最大勵磁轉(zhuǎn)矩TH。③
施加超過此轉(zhuǎn)矩的外力時，就會通過不穩(wěn)定點⑤，并產(chǎn)生與外力同方向的轉(zhuǎn)矩T（−），而往下一個穩(wěn)定點①移動后停止。
在穩(wěn)定點①平衡并停止時，向電動機轉(zhuǎn)軸施加外力，則會向左產(chǎn)生欲將之拉回穩(wěn)定點①的轉(zhuǎn)矩T（+），并于與外力取得平衡的角度上停止。②
繼續(xù)增加外力時，即會有一角度的發(fā)生轉(zhuǎn)矩達到最大。此時所發(fā)生轉(zhuǎn)矩稱為最大勵磁轉(zhuǎn)矩TH。③
施加超過此轉(zhuǎn)矩的外力時，就會通過不穩(wěn)定點⑤，并產(chǎn)生與外力同方向的轉(zhuǎn)矩T（−），而往下一個穩(wěn)定點①移動后停止。
穩(wěn)定點：
是指定子與轉(zhuǎn)子的小齒于完全相對的位置而停止的點。此點非常穩(wěn)定，當外力為0時一定會于此點上停止。
不穩(wěn)定點：
是指定子與轉(zhuǎn)子的小齒互相錯開1/2螺距的位置。此為非常不穩(wěn)定的狀態(tài)，施加細微外力就會使轉(zhuǎn)子往左邊或右邊的穩(wěn)定點移動。
●角度精度
步進電動機在空載狀態(tài)時，將保持±3分（0.05°）以內(nèi)的角度精度。此一細微的角度誤差的原因主要是來自轉(zhuǎn)子與定子的機械精度以及定子線圈上細微的電阻不同所造成的。步進電動機的角度精度一般是以下列的靜止角度誤差來表示。
靜止角度誤差：
是指轉(zhuǎn)子在理論上和實際上停止位置的差距。此差距所代表的是將轉(zhuǎn)子的任意停止位置作為出發(fā)點，以每1步距測量360°時的（+）最大值及（−）最大值之間的寬幅。
是指定子與轉(zhuǎn)子的小齒于完全相對的位置而停止的點。此點非常穩(wěn)定，當外力為0時一定會于此點上停止。
不穩(wěn)定點：
是指定子與轉(zhuǎn)子的小齒互相錯開1/2螺距的位置。此為非常不穩(wěn)定的狀態(tài)，施加細微外力就會使轉(zhuǎn)子往左邊或右邊的穩(wěn)定點移動。
●角度精度
步進電動機在空載狀態(tài)時，將保持±3分（0.05°）以內(nèi)的角度精度。此一細微的角度誤差的原因主要是來自轉(zhuǎn)子與定子的機械精度以及定子線圈上細微的電阻不同所造成的。步進電動機的角度精度一般是以下列的靜止角度誤差來表示。
靜止角度誤差：
是指轉(zhuǎn)子在理論上和實際上停止位置的差距。此差距所代表的是將轉(zhuǎn)子的任意停止位置作為出發(fā)點，以每1步距測量360°時的（+）最大值及（−）最大值之間的寬幅。
雖然靜止角度誤差在±3分以內(nèi)，然而這是在無負載條件下的數(shù)值。但是，實際的用途上必然有摩擦負載的存在。
此時，角度精度會依據(jù)角度―轉(zhuǎn)矩的特性，根據(jù)摩擦負載的不同而產(chǎn)生角度變位。當摩擦負載一定時，若朝同一方向運行則變位角度一定，但若從正反兩方向進行運行，則往返間將產(chǎn)生兩倍的變位角度。因此若需要停止精度時，務必只朝單一方向進行定位。
電磁制動的構(gòu)造與壽命
帶電磁制動電動機采用無勵磁動作型的定位用電磁制動。 構(gòu)造例如下所示。
在勵磁線圈上施加電壓時，會產(chǎn)生與永磁磁鋼的磁力反方向的起磁力，電樞受板簧的力量后被釋放并使制動開放，電動機軸即可自由旋轉(zhuǎn)。在未施加電壓的狀態(tài)下，電樞通過永磁磁鋼吸著在軛鐵上，電動機軸遭固定。
在勵磁線圈上施加電壓時，會產(chǎn)生與永磁磁鋼的磁力反方向的起磁力，電樞受板簧的力量后被釋放并使制動開放，電動機軸即可自由旋轉(zhuǎn)。在未施加電壓的狀態(tài)下，電樞通過永磁磁鋼吸著在軛鐵上，電動機軸遭固定。
●工作與壽命
該制動在電動機未勵磁的狀態(tài)下可作為位置保持用途使用。請勿作為停止旋轉(zhuǎn)中負載的制動用途使用。由于沒有裝備制動帶用摩擦襯片，因此，如果頻繁進行制動會使金屬之間互相摩擦而產(chǎn)生磨損或燒結(jié)現(xiàn)象，導致無法正常工作。工作壽命是板簧疲勞壽命的100萬次。由于步進電動機停止時仍有保持力，因此，只限裝置的電源ON/OFF時運行電磁制動的使用方法。
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