步進(jìn)馬達(dá)基本原理
工作原理：
一般馬達(dá)的定子為永磁體，當(dāng)電壓流過轉(zhuǎn)子定子時(shí)，轉(zhuǎn)子定子形成一矢量磁場(chǎng)。該磁場(chǎng)會(huì)推動(dòng)定子旋轉(zhuǎn)一角度，致使定子的一對(duì)磁場(chǎng)方向與轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)方向一致。當(dāng)轉(zhuǎn)子的矢量磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度。定子也隨著該磁場(chǎng)轉(zhuǎn)一個(gè)角度。每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成反比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻度成反比。改變定子通電的次序，馬達(dá)都會(huì)反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)目、頻率及電動(dòng)機(jī)各相定子的通電次序來控制步進(jìn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
發(fā)熱原理：
一般看到的各種馬達(dá)，內(nèi)部都是有鐵芯和定子線圈的。定子有阻值，通電會(huì)形成耗損，耗損大小與內(nèi)阻和電壓的平方成反比，這就是我們常說的銅損，假如電壓不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波，就會(huì)形成紋波耗損;鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場(chǎng)中也會(huì)形成耗損，其大小與材料，電壓，頻度，電流有關(guān)，這叫串?dāng)_。銅損和占空比就會(huì)以發(fā)熱的方式表現(xiàn)下來，繼而影響馬達(dá)的效率。步進(jìn)馬達(dá)通常追求定位精度和扭矩輸出，效率比較低，電壓通常比較大，且紋波成份高，電壓交變的頻度也隨怠速而變化，因此步進(jìn)馬達(dá)普遍存在發(fā)熱情況，且情況比通常交流馬達(dá)嚴(yán)重。
步進(jìn)馬達(dá)工作效率怎么
盡管步進(jìn)馬達(dá)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)馬達(dá)并不能像普通的直流馬達(dá)，交流馬達(dá)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)型脈沖訊號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因而用好步進(jìn)馬達(dá)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。
怎樣使步進(jìn)馬達(dá)的效率最大化
好多人在使用兩相步進(jìn)馬達(dá)時(shí)發(fā)覺步進(jìn)馬達(dá)的扭矩小，或達(dá)不到額定標(biāo)稱的力矩值，只得加強(qiáng)步進(jìn)馬達(dá)的規(guī)格和標(biāo)稱電壓，以滿足動(dòng)力要求。雖然有時(shí)并不是馬達(dá)的問題，而是在步進(jìn)馬達(dá)選擇或驅(qū)動(dòng)器工作電壓的設(shè)定上有不妥之處，沒有發(fā)揮出步進(jìn)馬達(dá)的最大效率。
首先，從驅(qū)動(dòng)器方面考慮，目前大多數(shù)兩相步進(jìn)馬達(dá)的驅(qū)動(dòng)器是采用全橋輸出的四線接法，假如兩相步進(jìn)馬達(dá)也是四線的，驅(qū)動(dòng)器根據(jù)馬達(dá)的標(biāo)稱電壓設(shè)定，應(yīng)當(dāng)說是正確的，但是效率最高，輸出扭矩才能達(dá)到最大值，新型步進(jìn)馬達(dá)大多是這些方式的。
初期生產(chǎn)的步進(jìn)馬達(dá)，多是兩相六線制的(四組兩對(duì)串聯(lián)線圈，每對(duì)有中心抽頭)，還有少量八線制的(四組兩對(duì)獨(dú)立線圈)。
是兩相六線制步進(jìn)馬達(dá)有兩種接法，第一種是放棄中心抽頭接兩端，實(shí)際就是將每組的兩個(gè)相線圈串聯(lián)上去使用，馬達(dá)堵轉(zhuǎn)矩大和效率高些，而且高速性能差。第二種是接中心抽頭和一端，這些接法馬達(dá)高速性能好些，而且每相有一組線圈空閑，堵轉(zhuǎn)矩小和效率低些。目前大多是采用第一種接線方式。這就出現(xiàn)一個(gè)問題，兩相驅(qū)動(dòng)器的電壓究竟應(yīng)當(dāng)設(shè)置多大正確，通常還都是按馬達(dá)標(biāo)稱電壓值來設(shè)定，這就出現(xiàn)了上面提及的馬達(dá)效率問題。
通常步進(jìn)馬達(dá)標(biāo)明的電壓是相電壓(或內(nèi)阻)，就是每組線圈的電壓值(或內(nèi)阻)，假如兩相六線制步進(jìn)馬達(dá)采用第一種接法，相當(dāng)于將兩組線圈串聯(lián)上去，這么其每相內(nèi)阻加強(qiáng)，額定工作電壓降低，雖然驅(qū)動(dòng)器設(shè)置成標(biāo)稱電壓也達(dá)不到各相的額定輸出值。所以在選用驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)馬達(dá)時(shí)要注意電壓匹配問題步進(jìn)電機(jī)電流過大，正確的方式是將驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓設(shè)定為步進(jìn)馬達(dá)額定相電流的0.7倍(也不是一般覺得串聯(lián)上去的電壓減半)。舉例，例如一個(gè)帶中心抽頭的兩相步進(jìn)馬達(dá)，標(biāo)稱電壓是3A，驅(qū)動(dòng)器電壓應(yīng)當(dāng)設(shè)定為3除以0.7=2.1A，雖然選了3A的步進(jìn)馬達(dá)，實(shí)際上它的功率相當(dāng)于兩相四線制的2.1A步進(jìn)馬達(dá)。
再聊聊八線制的步進(jìn)馬達(dá)接法，也有兩種，第一種是將每兩組線圈串聯(lián)使用，這樣驅(qū)動(dòng)器的電壓也是設(shè)定為馬達(dá)相電壓的0.7倍，這些接法馬達(dá)發(fā)熱量小，而且高怠速性能差些。第二種接法是將每兩組線圈并聯(lián)使用，驅(qū)動(dòng)器的電壓設(shè)定為馬達(dá)相電壓的1.4倍，其優(yōu)點(diǎn)是高怠速性能好些，然而馬達(dá)發(fā)熱量大，而且步進(jìn)馬達(dá)有點(diǎn)氣溫是正常的，只要高于馬達(dá)的消磁氣溫就行，通常步進(jìn)馬達(dá)的消磁氣溫在105度左右。
在使用輸出電壓早已預(yù)設(shè)的步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器(指兩相全橋輸出驅(qū)動(dòng)器，如、A3977等高集成度驅(qū)動(dòng)芯片)后，怎樣選用步進(jìn)馬達(dá)很重要，假如你的驅(qū)動(dòng)器是2A的，盡量選用兩相四線制2A的馬達(dá)，假如選用兩相六線制馬達(dá)，就要選標(biāo)稱相電壓為2/0.7=2.9A(大概)的馬達(dá)。這樣能夠使驅(qū)動(dòng)器的效率最大化。
假如選用的驅(qū)動(dòng)器是推挽輸出(如、等驅(qū)動(dòng)芯片)的，那只能接兩相六線制馬達(dá)，驅(qū)動(dòng)器的電壓和馬達(dá)標(biāo)稱電壓是一致的。不過這些驅(qū)動(dòng)器目前極少用到，效率低。
對(duì)于六線和八線步進(jìn)馬達(dá)，采用相線圈并聯(lián)，可以發(fā)揮最大的輸出扭矩，表現(xiàn)出挺好的動(dòng)力性能，六線馬達(dá)是難以接成并聯(lián)方式的，實(shí)際早已在內(nèi)部串聯(lián)上去了，串聯(lián)的公共端是中心抽頭。只有八線馬達(dá)的相線圈是可以并聯(lián)使用的。
倘若能將馬達(dá)后蓋打開，看一下里面的接線結(jié)構(gòu)，是可以進(jìn)行改動(dòng)的，使六線馬達(dá)弄成八線馬達(dá)，這樣就可以并聯(lián)使用了，但不是所有的六線馬達(dá)都能轉(zhuǎn)制，只有能從馬達(dá)旁邊聽到連線接頭方式的可以改動(dòng)，有的水泵是過孔接頭，轉(zhuǎn)制就須要一定的技術(shù)了。經(jīng)轉(zhuǎn)制的步進(jìn)馬達(dá)，原先串聯(lián)的也可以并聯(lián)使用，并聯(lián)使用時(shí)相電壓是原先的1.4倍，高速運(yùn)轉(zhuǎn)性能大大提升，力矩也提升不少。對(duì)于步進(jìn)馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器的使用，應(yīng)當(dāng)注意發(fā)揮其最佳療效，何必一味追求高價(jià)格和大電壓，追求高速率，應(yīng)當(dāng)認(rèn)真估算一下機(jī)器的荷載，瞧瞧究竟須要多大的力矩和速率，否則即使驅(qū)動(dòng)器和馬達(dá)都選得很大，而且其療效并沒有發(fā)揮下來，速率也不應(yīng)追求偏低，實(shí)際加工過程中，機(jī)器進(jìn)刀量通常不大(受制于機(jī)械結(jié)構(gòu)、刀具及加工材料材質(zhì))，速率高了也用不上。
馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)器做好匹配可以省錢省力，達(dá)到事半功倍的療效。
增強(qiáng)步進(jìn)馬達(dá)減速機(jī)工作效率的有效方式
在工業(yè)生產(chǎn)中不僅質(zhì)量外，生產(chǎn)效率是最重要的，由于它直接影響著公司的利益，所以，提升設(shè)備工作效率是十分有必要的，下邊是提升步進(jìn)馬達(dá)減速機(jī)工作效率的方式：
1、步進(jìn)馬達(dá)減速機(jī)加工精度提升到ISO5-6級(jí);
2、使步進(jìn)馬達(dá)減速機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理;
3、使得步進(jìn)馬達(dá)減速機(jī)的軸承質(zhì)量和壽命提升;
4、理論知識(shí)的日趨健全，更接近實(shí)際(如蝸桿硬度估算方式、修形技術(shù)、變形估算、優(yōu)化設(shè)計(jì)方式、齒根圓掠過渡、新結(jié)構(gòu)等)。
步進(jìn)馬達(dá)選型的步驟與技巧
1、步進(jìn)馬達(dá)力矩的選擇步進(jìn)馬達(dá)的保持力矩，近似于傳統(tǒng)馬達(dá)所稱的“功率”。其實(shí)，有著本質(zhì)的區(qū)別。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流馬達(dá)，馬達(dá)的輸出功率是可變的。一般按照須要的扭矩大小(即所要推動(dòng)物體的力矩大小)，來選擇哪種機(jī)型的馬達(dá)。大致說來，扭矩在0.8N.m以下，選擇20、28、35、39、42(馬達(dá)的機(jī)身半徑或方度，單位：mm);扭矩在1N.m左右的，選擇57馬達(dá)較為合適。扭矩在幾個(gè)N.m或更大的情況下，就要選擇86、110、130等尺寸的步進(jìn)馬達(dá)。
2、步過馬達(dá)怠速的選擇對(duì)于馬達(dá)的怠速也要非常考慮。由于，馬達(dá)的輸出扭矩，與怠速成正比。就是說，步進(jìn)馬達(dá)在低速(每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低怠速，其輸出力矩較大)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的扭矩(1000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn))就很小了。其實(shí)，有些工況環(huán)境須要高速馬達(dá)，就要對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的線圈內(nèi)阻、電感等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)判。選擇電感稍小一些的馬達(dá)，作為高速馬達(dá)，才能獲得較大輸出扭矩。反之，要求低速大扭矩的情況下，就要選擇電感在十幾或幾十mH，內(nèi)阻也要大一些為好。
3、步進(jìn)馬達(dá)空載起動(dòng)頻度的選擇步進(jìn)馬達(dá)空載起動(dòng)頻度，一般稱為“空起頻度”。這是購買馬達(dá)比較重要的一項(xiàng)指標(biāo)。假如要求在頓時(shí)頻繁啟動(dòng)、停止步進(jìn)電機(jī)電流過大，但是，怠速在1000轉(zhuǎn)/分鐘左右(或更高)，一般須要“加速啟動(dòng)”。假如須要直接啟動(dòng)達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁馬達(dá)。這種馬達(dá)的“空起頻度”都比較高。
4、步進(jìn)馬達(dá)的相數(shù)選擇步進(jìn)馬達(dá)的相數(shù)選擇，這項(xiàng)內(nèi)容，好多顧客幾乎沒有哪些注重，大多是隨意訂購。雖然，不同相數(shù)的馬達(dá)，工作療效是不同的。相數(shù)越多，步距角就才能做的比較小，工作時(shí)的震動(dòng)就相對(duì)小一些。大多數(shù)場(chǎng)合，使用兩相馬達(dá)比較多。在高速大扭矩的工作環(huán)境，選擇單相步進(jìn)馬達(dá)是比較實(shí)用的。
5、針對(duì)步進(jìn)馬達(dá)使用環(huán)境來選擇特種步進(jìn)馬達(dá)才能防水、防油，用于個(gè)別特殊場(chǎng)合。諸如水下機(jī)器人，就須要放水馬達(dá)。對(duì)于特種用途的馬達(dá)，就要針對(duì)性選擇了。
6、根據(jù)您的實(shí)際情況能否須要特殊尺寸特殊尺寸的步進(jìn)馬達(dá)，請(qǐng)和我們溝通，在技術(shù)容許的范圍內(nèi)，加工訂貨。諸如，出軸的半徑、長短、伸出方向等。
7、如有必要最好與廠家的技術(shù)工程師進(jìn)一步溝通與確認(rèn)機(jī)型。
