步進電機有一個技術參數:空載啟動頻率,即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率,如果脈沖頻率高于該值,電機不能正常啟動,可能發生丟步或堵轉。在有負載的情況下,啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動,脈沖頻率應該有加速過程,即啟動頻率較低,然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機轉速從低速升到高速)。
2. 步進電機失步和越步問題及解決方法
步進電機中產生的同步力矩無法使轉子速度跟隨定子磁場的旋轉速度,從而引起失步。失步產生的主要原因及解決方法: ①步進電機的轉矩不足,拖動能力不夠,當驅動脈沖頻率達到某臨界值開始失步。由于步進電機的動態輸出轉矩隨著連續運行頻率的上升而降低,因而凡是比該頻率高的工作頻率都將產生失步。 有3種解決方法:可使步進電機產生的電磁轉矩增大,為此可在額定電流范圍內適當加大驅動電流;在高頻范圍轉矩不足時,適當提高驅動電路的驅動電壓;改用轉矩大的步進電動機等,也可使步進電機需要克服的轉矩減小,為此可適當降低電機運行頻率,以便提高電機的輸出轉矩。 ②步進電機起動失步。由于步進電機自身及所帶負載存在慣性,當加速時間過短時會出現這一現象。應該設置合理的加速時間,使電機從低速度平穩上升到某個速度。 ③ 步進電機產生共振也是引起失步的一個原因。步進電機處于連續運行狀態時,如果控制脈沖的頻率等于步進電機的固有頻率,將產生共振。在一個控制脈沖周期內,振動尚未得到充分衰減,下一個脈沖就已來到,因而在共振頻率附近動態誤差最大并導致步進電機失步。解決方法:減小步進電機的驅動電流;采用細分驅動方法和阻尼方法。 轉子在步進過程中獲得過多的能量時,轉子的平均速度會高于定子磁場的平均旋轉速度,使得步進電動機產生的輸出轉矩增大,從而使步進電機產生越步。 當步進電機存在越步時,可減小步進電動機的驅動電流,以便降低步進電機的輸出轉矩或使減速時間加長。
3試驗結果 設計時應該保證芯片邏輯電壓低于驅動電壓,否則芯片不能正常工作;在選取NFA、NFB檢流電阻時應選功率不小于2 W的無感電阻;對電機驅動電源及驅動輸出連線和地的印制板布線,應保證能穩定通過3 A電流;電源入口加熔斷器保護驅動電路,以免電機的電流過大燒毀電路板。設計的驅動器應用于雕刻機X、Y、Z三軸步進電機的驅動,經過試驗,雕刻的樣品如圖4所示。從最終結果看,精度滿足目標要求。
什么是驅動器的細分?什么是運行拍數?步距角如何計算?
要了解“細分”,先要弄清“步距角”這個概念:它表示控制系統每發一個步進脈沖信號,電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值,如86BYG250A型電機給出的值為0.9°/1.8°(表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°),這個步距角可以稱之為‘電機固有步距角’,它不一定是電機實際工作時的真正步距角,真正的步距角和驅動器有關,參見下表(以86BYG250A電機為例):
電機固有步距角 運行拍數 細分數 電機運行時的真正步距角
0.9°/1.8° 8 驅動器工作在2細分即半步狀態 0.9°
0.9°/1.8° 20 細分驅動器工作在5細分狀態 0.36°
0.9°/1.8° 40 細分驅動器工作在10細分狀態 0.18°
0.9°/1.8° 80 細分驅動器工作在20細分狀態 0.09°
0.9°/1.8° 160 細分驅動器工作在40細分狀態 0.045°
簡單地講,細分數就是指電機運行時的真正步距角是固有步距角(整步)的幾分指一。從上表可以看出:驅動器工作在10細分狀態時,其步距角只為‘電機固有步距角’的十分之一,也就是說:當驅動器工作在不細分的整步狀態時,控制系統每發一個步進脈沖,電機轉動1.8°;而用細分驅動器工作在10細分狀態時,電機只轉動了0.18° ,這就是細分的基本概念。
更為準確地描述驅動器細分特性的是運行拍數,運行拍數指步進電機運行時每轉一個齒距所需的脈沖數。86BYG250A電機有50個齒,如果運行拍數設置為160,那么步進電機旋轉一圈總共需要50×160=8000步;對應步距角為360°÷8000=0.045°。請注意,如果運行拍數設為30,按上表對應關系細分數為7.5,不是一個整數。
細分功能完全是由驅動器靠精確控制電機的相電流所產生的,與電機無關。