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数控液压机步进电动机的原理与技术指标
发布时间: 2017-11-23
  数控液压机步进电动机是一种把电脉冲转换成角位移的电动机。用专用的驱动电源向步进电动机供给有一定规律的电脉冲信号,每输入一个电脉冲,步进电动机就前进一步,其角位移与脉冲数成正比,数控液压机电动机转速与脉冲频率成iELg,而且转速和转向与各相绕组的通电方式有关。
  根据励磁方式的不同,步进电动机分为反应式、永磁式和感应式(混合式),而反应式步进电动机应用较多,下面以此为例来阐述步进电动机的原理。
  1、数控液压机步进电动机的工作原理
  图1所示为一台三相六拍反应式步进电动机,定子上有三对磁极,每对磁极上绕有一相控制绕组,转子有四个分布均匀的齿,齿上没有绕组。
  当A相控制绕组通电,而B相和C相不通电时,步进电动机的气隙磁场与A相绕组轴线重合,而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过,故电动机转子受到一个反应转矩,在数控液压机步进电动机中称为静转矩。在此转矩的作用下,使转子的齿1和齿3旋转到与A相绕组轴线相同的位置上,如图1(a)所示,此时整个磁路的磁阻最小,此时转子只受到径向力的作用而反应转矩为零。如果B相通电,A相和C相断电,那转子受到反应转矩作用而转动,使转子齿2、齿4与定子极B、B’对齐,如图1(b)所示,此时,转子在空间上逆时针转过的空间角为300,即前进了一步,转过这个角称为步距角。如此,按顺序不断地接通和断开控制绕组,电动机便按一定的方向一步一步地转动,若按反向序顺序通电,则电动机反向一步一步地转动。

图1三相反映式步进电动机的工作原理图
  在数控液压机步进电动机中,控制绕组每改变一次通电方式,称为一拍,每一拍转子就转过一个步距角,上述的运行方式每次只有一个绕组单独通电,控制绕组每换接三次构成一个循环,故这种方式称为三相单三拍。若按A—AB—B—Bc—C—CA顺序通电,每次循环需换接六次,故称为三相六拍,因单相通电和两相通电轮流进行,故又称三相单、双六拍。三相六拍运行方式的步距角是三相单三拍的一半,即为150。
  另外还有一种运行方式,按AB—Bc—cA顺序通电,每次均有两个控制绕组通电,故称为三相双三拍,实际是三相六拍运行方式去掉单相绕组单独通电的状态,转子齿与定子磁极的相对位置与图2中一样或类似。不难分析,按三相双三拍方式运行时,其步距角与三相单三拍一样,都是300。

  图2步进电动机的三相单、双六拍运行方式
  由上面的分析可知,同一台步进电动机,其通电方式不同,步距角可能不一样,采用单、双拍通电方式,其步距角是单拍或双拍的一半。采用双极通电方式,其稳定性比单极要好。
  2、数控液压机步进电动机的静态指标术语
  (1)拍数:完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态,用n表示,或指电动机转过一个齿距角所需脉冲数。以四相电动机为例,有四相四拍运行方式即AB.BC.CD—DA.AB,四相八拍运行方式即A—AB—B—BC—C—CD.D—DA—A。
  (2)步距角:对应一个脉冲信号,电动机转子转过的角位移,用口表示。0=-360°/(转子齿数运行拍数),以常规二、四相,转子齿数为50的电动机为例。四拍运行时步距角为0=-360°/(50×4)=1.8°(又称整步),八拍运行时步距角为0=-360°/(50×8)=0.9°(又称半步)。
  (3)静转矩:电动机在额定静态电作用下机不做旋转运动时,电动机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电动机体积(几何尺寸)的标准,与驱动电压及驱动电源等无关。
  (4)步距角精度:步进电动机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示为误差/步距角×100%。不同运行拍数其值不同,四拍运行时应在5%之内,八拍运行时应在15%以内。
  (5)失步:电动机运转时运转的步数,不等于理论上的步数。
  (6)失调角:转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度。电动机运转必存在失调角,由失调角产生的误差,采用细分驱动是不能解决的。
  (7)最大空载启动频率:电动机在某种驱动形式、额定电压及电流下,在不加负载的情况下,能够直接启动的最大频率。
  (8)最大空载的运行频率:电动机在某种驱动形式,额定电压及电流下,电动机不带负载的最高转速频率。
  (9)运行矩频特性:电动机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性,这是电动机诸多动态曲线中最重要的,也是电动机选择的根本依据。
  3、数控液压机步进电动机的应用
  数控液压机步进电动机是用脉冲信号控制的,步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响,也不受各种环境条件诸如温度、压力、振动、冲击等影响,而仅与脉冲频率成正比,通过改变脉冲频率的高低可以大范围地调节电动机的转速,并能实现快速启动、制动、反转,而且有自锁的能力,不需要数控液压机制动装置,不经减速器也可获得低速运行。它每转过一周的步数是固定的,只要不丢步,角位移误差不存在长期积累的情况,主要用于数字控制系统中,精度高,运行可靠。如采用位置检测和速度反馈,也可实现闭环控制。步进电动机己广泛地应用于数字控制系统中,如数/模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中,另外在工业自动化生产线、印刷设备等中也有应用。折弯机三相异步电动机的调速