步進(jìn)電機(jī)現(xiàn)狀及功能分析

　　近10多年來我國(guó)微電機(jī)市場(chǎng)一直吸引國(guó)內(nèi)外企業(yè)投資。國(guó)內(nèi)巨大的市場(chǎng)潛力和豐富的資源、廉價(jià)的勞動(dòng)力等優(yōu)勢(shì)，吸引了眾多跨國(guó)公司和國(guó)內(nèi)上市公司的目光。

工業(yè)用微型直流電機(jī)，國(guó)外可以做到2000小時(shí)以上，我國(guó)平均是1000小時(shí)，主要問題是電機(jī)結(jié)構(gòu)工藝的不合理性以及電刷材料和工藝等。國(guó)外無刷直流電機(jī)的效率可做到百分之80以上，我國(guó)一般生產(chǎn)廠家只能達(dá)到百分之60-70左右。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)國(guó)外早已發(fā)展高性能的混合式結(jié)構(gòu)，我國(guó)混合式步進(jìn)電機(jī)90年代才開始發(fā)展，混合式電機(jī)的使用量近年也在不斷增長(zhǎng)。由于長(zhǎng)期使用磁阻式電機(jī)，使得兩種機(jī)型并存，造成與國(guó)外的差距加大。在高性能、高技術(shù)含量電動(dòng)機(jī)方面，如無刷直流電動(dòng)機(jī)、交流伺服電動(dòng)機(jī)、直線電機(jī)等差距更大一些。這主要是由于我國(guó)電子技術(shù)落后，投入不足和人才短缺。下面主要來看看步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用。

1.什么是步進(jìn)電機(jī)?

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)。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

2.步進(jìn)電機(jī)分哪幾種?

步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式(PM)，反應(yīng)式(VR)和混合式(HB)

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。

3.什么是保持轉(zhuǎn)矩(HOLDINGTORQUE)?

保持轉(zhuǎn)矩(HOLDINGTORQUE)是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)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(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。

4.什么是DETENTTORQUE?

DETENTTORQUE是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENTTORQUE在國(guó)內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENTTORQUE。

5.步進(jìn)電機(jī)精度為多少？是否累積?

一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。

6.步進(jìn)電機(jī)的外表溫度允許達(dá)到多少?

步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。

7.為什么步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降?

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。

8.為什么步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲?

步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻(電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速)。

9.如何克服兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和噪聲?

步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，一般可采用以下方案來克服：

A.如步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機(jī)械傳動(dòng)避開共振區(qū)；

B.采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，這是最常用的、最簡(jiǎn)便的方法；

C.換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)；

D.換成交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動(dòng)和噪聲w，但成本較高；

　　E.在電機(jī)軸上加磁性阻尼器