步進(jìn)電機(jī)作為全自動(dòng)繞線機(jī)的執(zhí)行元件,是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一,廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增,在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。上個(gè)世紀(jì)就出現(xiàn)了步進(jìn)電動(dòng)機(jī),它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵,動(dòng)作原理和今天的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒(méi)有什么區(qū)別,也是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。在本世紀(jì)初,由于資本主義列強(qiáng)爭(zhēng)奪殖民地,造船工業(yè)發(fā)展很快,同時(shí)也使得步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步。到了80年代后,由于廉價(jià)的微型計(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn),步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制方式更加靈活多樣。原來(lái)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)采用分立元件或者集成電路組成的控制回路,不僅調(diào)試安裝復(fù)雜,要消耗大量元器件,而且一旦定型之后,要改變控制方案就一定要重新設(shè)計(jì)電路。計(jì)算機(jī)則通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機(jī),更好地挖掘出電動(dòng)機(jī)的潛力。因此,用計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì),也符合數(shù)字化的時(shí)代趨勢(shì)。
步進(jìn)電機(jī)和普通電動(dòng)機(jī)不同之處是步進(jìn)電機(jī)接受脈沖信號(hào)的控制。步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講:當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào),它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(及步進(jìn)角)。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量,從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度,從而達(dá)到調(diào)速的目的。隨著脈沖頻率的增高,轉(zhuǎn)速就會(huì)增大。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)同時(shí)與相數(shù)、分配數(shù)、轉(zhuǎn)子齒輪數(shù)有關(guān)。
現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)。永磁式步進(jìn)一般為兩相,轉(zhuǎn)矩和體積較小,步進(jìn)角一般為7.5度或15度;反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相,可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出,步進(jìn)角一般為1.5度,但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰;混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相:兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。
步進(jìn)電機(jī)和普通電機(jī)的區(qū)別主要就在于其脈沖驅(qū)動(dòng)的形式,正是這個(gè)特點(diǎn),步進(jìn)電機(jī)可以和現(xiàn)代的數(shù)字控制技術(shù)相結(jié)合。不過(guò)步進(jìn)電機(jī)在控制的精度、速度變化范圍、低速性能方面都不如傳統(tǒng)的閉環(huán)控制的直流伺服電動(dòng)機(jī)。在精度不是需要特別高的場(chǎng)合就可以使用步進(jìn)電機(jī),步進(jìn)電機(jī)可以發(fā)揮其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高和成本低的特點(diǎn)。使用恰當(dāng)?shù)臅r(shí)候,甚至可以和直流伺服電動(dòng)機(jī)性能相媲美。
步進(jìn)電機(jī)具有自身的特色,歸納起來(lái)有:
1、可以用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行開環(huán)控制,整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單廉價(jià)。
2、位移與輸入的脈沖信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng),步距誤差不長(zhǎng)期積累,可以組成結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng),也可以在要求高精度時(shí)組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。
3、無(wú)電刷,電動(dòng)機(jī)本身部件少,工作可靠性高。
4、易于啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)及變速,響應(yīng)型好。電腦自動(dòng)繞線機(jī)的研究與開發(fā)。
5、停止的時(shí)候可以有自鎖能力。
6、步距角范圍大，可以在幾十角分到180度范圍內(nèi)選擇。在小步距的情況下，通�？梢栽诔娃D(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行，通�？梢圆唤�(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
7、速度可以在相當(dāng)寬范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。同時(shí)用一臺(tái)控制器控制幾臺(tái)步進(jìn)電機(jī)可以使他們完全同步運(yùn)行。
8、步進(jìn)電機(jī)帶慣性負(fù)載的能力比較差。
9、由于存在失步和共振，因此步進(jìn)電機(jī)的加速和減速方法根據(jù)利用狀態(tài)的不同而復(fù)雜化。
10、不能直接使用普通的交直流電源驅(qū)動(dòng)。
步進(jìn)電機(jī)廣泛應(yīng)用在生產(chǎn)實(shí)踐的各個(gè)領(lǐng)域。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn),在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高,步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
全自動(dòng)繞線機(jī)步進(jìn)電機(jī)的選擇
步進(jìn)電機(jī)有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定,步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。
1、步距角的選擇
電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求,將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算到電機(jī)軸上,每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度(包括減速)。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有。.36度0/.72度(五相電機(jī))、0.9度1/.8度(二、四相電機(jī))、1.5度3/度(三相電機(jī))等。
2、靜力矩的選擇
步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定,我們往往先確定電機(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。直接起動(dòng)時(shí)(一般由低速)時(shí)二種負(fù)載均要考慮,加速起動(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,靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2～3倍內(nèi)好,靜力矩一旦選定,電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)(幾何尺寸)。
按照以上步驟,根據(jù)全自動(dòng)繞線機(jī)的實(shí)際情況就可以確定電機(jī)的基本參數(shù)。繞線機(jī)運(yùn)行過(guò)程中負(fù)載不是很大,但是要求的精度比較高,所以在選擇過(guò)程中選擇的是步距角比較小的混合型步進(jìn)電機(jī)。當(dāng)電機(jī)的各種參數(shù)范圍確定了之后,選擇了國(guó)內(nèi)生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的廠家進(jìn)行聯(lián)系,進(jìn)一步根據(jù)廠家提供的步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)品型號(hào)和參數(shù),選擇比較適合型號(hào)的電機(jī)。
精密平行繞線機(jī)
精密環(huán)型繞線機(jī)
自動(dòng)飛叉繞線機(jī)
全自動(dòng)設(shè)備系列
精密線圈
包膠線圈
精密馬達(dá)線圈
空芯線圈
變壓器線圈