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工業控製——PLC電氣控製係統中,如何選擇步進電機和伺服電機

作者:佚名    文章來源:網絡    點擊數:    更新時間:2024/5/25

步進電機和伺服電機,不同於(yu) 三相異步電機,它們(men) 的主要作用是用作定位。也就是精確的確定工件的位置。步進電機 和伺服電機的選型,必須有電氣人員和結構人員以及工藝人員共同確定。由於(yu) 伺服電機比步進電機價(jia) 格、性能都要高,因此,必須根據實際的機械結構,工藝數據以及控製係統,選擇性價(jia) 比最高的方案。也就是,在滿足需求的前提下,在保證可靠的情況下,降低成本。

步進電機結構圖 

伺服電機結構圖

 

 

  • 1、根據軸數確定

這是選擇步進還是伺服的最基本原則,也是最容易被忽略的。對於(yu) 伺服來說,由脈衝(chong) 和通信兩(liang) 種控製方式,而步進隻有脈衝(chong) 控製方式。因此,當控製軸數很多時,盡量選擇伺服,采用通信控製,這樣,無論是前期施工,還是後期維護都非常方便。一般四軸,最多六軸以內(nei) ,都采用脈衝(chong) 控製。而且現在PLC基本都標配四軸高速輸出,比如三菱FX5U,西門子S7-1200,歐姆龍CP1H等等。

 

  • 2、根據節拍確定

該因素是關(guan) 鍵,由於(yu) 伺服和步進的自身特點,導致它們(men) 在應用上的差異。步進的加速時間在0.3到0.5秒之間,而伺服的加速時間隻有幾毫秒。這些時間差異對於(yu) 人類來說,幾乎沒區別,但對自動化設備來說確實至關(guan) 重要。它對設備的整體(ti) 節拍,有著至關(guan) 重要的影響。小功率的日係伺服,額定轉速3000r/min,中大功率的伺服,額定轉速在1500到2000r/min。而極小慣量的歐係伺服,其額定轉速可以到達5000r/min,甚至9000r/min。而步進一般在500r/min左右。再加上機械結構的影響,所以,選擇步進還是伺服,直接決(jue) 定了設備的節拍。

 

  • 3、根據控製精度確定

步進電機的步距角是重要的因素,它直接決(jue) 定了步進電機的精度。比如步距角0.18度的步進電機,給定一個(ge) 脈衝(chong) ,它就前進0.18度。這就是它所能達到的最低精度。因為(wei) 不可能有半個(ge) 脈衝(chong) 。但是,步進都支持細分,采用各種算法,讓它的精度編程0.018度或是其它數值,但是不能無限製細分。而伺服電機的精度,是由它的編碼器決(jue) 定的。比如,現在主流的日係伺服,其編碼器是21位,甚至22位。21位,也就是編碼器的精度2^21,把360度等分成2097152份,精度已經相當高了。這些,僅(jin) 僅(jin) 是電機能達到的精度,還要考慮機械的精度,比如減速機的反向間隙,絲(si) 杠的安裝和加工精度等等。一般說來,無論是步進還是伺服,都能實現0.1毫米的實際精度。

步進電機步距角和節拍關(guan)

  • 4、根據使用場合確定

主要是在一些特殊場合,由於(yu) 步進電機可以做的更小,在一些空間狹窄的場合,需要使用步進電機。伺服電機最小的為(wei) 200W,個(ge) 別品牌有100W的產(chan) 品,雖然體(ti) 積比較小,但是在相同扭矩輸出下,步進電機可以做的更小。由於(yu) 步進和伺服的差異,一般說來,伺服電機輸出端都是增加減速機構,而步進電機一般是直接輸出。

  • 5、根據預算

相對於(yu) 伺服電機來說,步進電機價(jia) 格低廉,因此在滿足需求的前提下,應該盡可能使用步進。當然,如果一味追求價(jia) 格,而忽視需求,那麽(me) ,選用步進節省的成本,還不夠現場出問題的各種費用。


步進電機知識擴展:步進電機的相數:是指電機內(nei) 部的線圈組數,目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同,其步距角也不同,一般二相電機的步距角為(wei) 0.9°/1.8°、三相的為(wei) 0.75°/1.5°、五相的為(wei) 0.36°/0.72° 。

保持轉矩:是指步進電機通電但沒有轉動時,定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數之一,通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。

相數:產(chan) 生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數,是指電機內(nei) 部的線圈組數,目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同,其步距角也不同,一般二相電機的步距角為(wei) 0.9°/1.8°、三相的為(wei) 0.75°/1.5°、五相的為(wei) 0.36°/0.72° 。在沒有細分驅動器時,用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器,則‘相數’將變得沒有意義(yi) ,用戶隻需在驅動器上改變細分數,就可以改變步距角。目前應用最廣泛的是兩(liang) 相和四相,四相電機一般用作兩(liang) 相,五相的成本較高。

拍數:完成一個(ge) 磁場周期性變化所需脈衝(chong) 數或導電狀態用n表示,或指電機轉過一個(ge) 齒距角所需脈衝(chong) 數,以四相電機為(wei) 例,有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB,四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.

固有步距角:對應一個(ge) 脈衝(chong) 信號,電機轉子轉過的角位移用θ表示。θ=360度(轉子齒數J*運行拍數),以常規二、四相,轉子齒為(wei) 50齒電機為(wei) 例。四拍運行時步距角為(wei) θ=360度/(50*4)=1.8度(俗稱整步),八拍運行時步距角為(wei) θ=360度/(50*8)=0.9度(俗稱半步)。這個(ge) 步距角可以稱之為(wei) ‘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(guan) 。

定位轉矩(DETENT TORQUE):電機在不通電狀態下,電機轉子自身的鎖定力矩(由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的),DETENT TORQUE 在國內(nei) 沒有統一的翻譯方式,容易使大家產(chan) 生誤解;由於(yu) 反應式步進電機的轉子不是永磁材料,所以它沒有DETENT TORQUE。

最大靜轉矩:也叫保持轉矩(HOLDING TORQUE),電機在額定靜態電作用下(通電),電機不作旋轉運動時,電機轉軸的鎖定力矩,即定子鎖住轉子的力矩。此力矩是衡量電機體(ti) 積(幾何尺寸)的標準,與(yu) 驅動電壓及驅動電源等無關(guan) 。通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由於(yu) 步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減,輸出功率也隨速度的增大而變化,所以保持轉矩就成為(wei) 了衡量步進電機最重要的參數之一。比如,當人們(men) 說2N.m的步進電機,在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為(wei) 2N.m的步進電機。

Tags:伺服電機,步進電機,選擇  
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