微特電機(jī)的選用
第一講步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的選擇方法(1)
崔淑梅 程樹(shù)康(哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001)
1概述
在工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備中，使用著各類能量變化的動(dòng)力機(jī)械。根據(jù)媒體的不同，目前常用的有電氣式驅(qū)動(dòng)元件、油壓式元件、氣壓式元件、水壓式元件，以及上述元件的各類組合。
目前，隨著材料、計(jì)算機(jī)及功率電子學(xué)等學(xué)科的發(fā)展，純電氣驅(qū)動(dòng)元件的使用日益擴(kuò)大，尤其在民品等產(chǎn)業(yè)機(jī)械中，幾乎都是使用電氣式驅(qū)動(dòng)元件。
在工業(yè)實(shí)時(shí)控制中，對(duì)電氣驅(qū)動(dòng)元件的要求越來(lái)越高。如，要求良好的速度控制特性、精確的位置控制、大轉(zhuǎn)矩、高效率等。因而，各類電機(jī)都在朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展。使用上也更加注重其實(shí)用性。除傳統(tǒng)的直流電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)電動(dòng)機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)以外，直流伺服電動(dòng)機(jī)、感應(yīng)式交流伺服電動(dòng)機(jī)、同步結(jié)構(gòu)交流伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以及各類特種電動(dòng)機(jī)的品種也越來(lái)越多，性能亦在不斷發(fā)展。
由于電機(jī)特性、使用條件等因素的不同，如何根據(jù)負(fù)載條件，選擇合適的電動(dòng)機(jī)，從而使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)能工作在較理想的狀態(tài)，是廣大工程技術(shù)人員比較關(guān)心的問(wèn)題。我們根據(jù)多年的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)及匯集相關(guān)的技術(shù)資料，給出主要類型電氣傳動(dòng)元件，即電動(dòng)機(jī)的選擇方法，希望對(duì)電機(jī)技術(shù)工作者及使用者有所幫助。
2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇方法
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由于可以開(kāi)環(huán)方式控制而無(wú)需反饋，具有無(wú)累積定位誤差、能響應(yīng)數(shù)字輸入信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于工業(yè)自動(dòng)化(fa)、辦公自動(dòng)化(oa)、計(jì)算機(jī)終端和外設(shè)等領(lǐng)域。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)是典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，選擇時(shí)需考慮機(jī)械、電磁等眾多因素。如步距角、負(fù)載轉(zhuǎn)矩、負(fù)載慣量、運(yùn)行速度、加減速時(shí)間等。尤其是負(fù)載慣量直接影響步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率和加速轉(zhuǎn)矩，因而必須予以充分注意。
2．1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本計(jì)算式及主要技術(shù)指標(biāo)
2．1．1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程
選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本計(jì)算式是以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為基礎(chǔ)的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為：
式中je——負(fù)載慣量，kg·m2
jm——轉(zhuǎn)子慣量，kg·m2
μ——?jiǎng)诱承阅Σ料禂?shù)，nm·s／rad
te——負(fù)載轉(zhuǎn)矩，nm
tm——電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩，nm
ω——角速度，rad／s
g——重力加速度
在忽略μω的條件下：
式中 f——驅(qū)動(dòng)頻率，脈沖／s
qs——步距角，(o)
若如圖1所示，作直線加減速時(shí)：
2．1．2主要技術(shù)指標(biāo)
(1)****靜轉(zhuǎn)矩tjmax
****靜轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在規(guī)定的通電相數(shù)下矩角特性上的轉(zhuǎn)矩****值。繞組電流越大，****靜轉(zhuǎn)矩也越大。通常技術(shù)數(shù)據(jù)中所規(guī)定的****靜轉(zhuǎn)矩是指每相繞組通上額定電流時(shí)所得的值。
(2)步距角
每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度。
(3)矩頻特性
矩頻特性分起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。起動(dòng)矩頻特性指在一定負(fù)載慣量下，起動(dòng)頻率隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系。起動(dòng)頻率是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠不失步起動(dòng)的****脈沖頻率。運(yùn)行矩頻特性是指當(dāng)電機(jī)帶著一定負(fù)載運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系。運(yùn)行頻率是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，當(dāng)控制脈沖連續(xù)上升而維持不失步的****頻率。
2．2選擇要素
在選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，首先必須知道以下系統(tǒng)參數(shù)和指標(biāo)。
(1)機(jī)械參數(shù)——主要指負(fù)載轉(zhuǎn)矩te和負(fù)載慣量je。
(2)時(shí)間參數(shù)——如要求在多長(zhǎng)時(shí)間(t1)加速到多少頻率(f2)等。
(3)脈沖當(dāng)量——每一脈沖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)負(fù)載所轉(zhuǎn) |
