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项目经理、机械设计、电气工程师对步进电机、伺服电机如何选择

2018-06-17 07:34

  本文主要针对设备制造商相关人员,如项目经理、机械设计、电气、软件运动控制工程师,讲述步进电机、伺服电机(本文都指永磁同步交流伺服电机)的作用,选用方法及周边配套设施的选配和主要应用经验。

  步进、伺服电机主要用于精确定位场合,也都可以用于调速应用。步进电机因效率低,一般不做为动力用;因存在一定的转矩脉动,不推荐用于转矩控制。伺服系统则可以做转矩控制,还可考虑取代变频驱动当动力用。

  步进电机做调速应用时,控制指令通常用脉冲指令,靠改变脉冲频率来调速。相对变频器调速,有低速力矩大,易于控制启停,加减速时间短的优势(合适的电压及负载条件下,百毫秒级就能达到目标速度)。而且调速范围较宽,在负载惯量比匹配合理的条件下,通常不需要另加减速机构。缺点在于运行噪音相对大一些。

  伺服电机做调速应用相对变频调速来说也有加减速时间短的优势,通常可做到几十个毫秒就达到预期速度,调速范围更宽。在做调速、转矩控制应用时,控制信号用模拟量电压信号。

  详细了解设备生产出产品的工艺,应用,适用环温,精度,产能,机械结构,成本等参数,进而确定所需电机的噪音指标、防护等级、应用温湿度。依据工艺、产能、大致的结构,基本能得到每个电机的行程及每步动作分配的时间是多少,进而确定电机需求的转速范围,对应上述介绍精度及的速度范围数值,来确定选伺服还是步进的方向性。

  在机械传动、结构等设计之前,应先对伺服或步进电机的型号规格做详细的了解,按照电机行业相关标准规格尺寸来设计,否则等设计好传动、结构后再来选电机,经常会遇到:安装空间不够,没有所需轴径、轴长的标准电机;没有所需的大力矩、合适惯量的电机等问题。影响进度,抬高成本。

  常用的控制类电机(包含伺服、步进)转矩最大一般为50 NM (牛米)。雷赛惯量最大的步进电机型号为130HS45,惯量为:4.84*10-3(kg·m2)。步进电机轴径、法兰盘、端盖固定孔位尺寸,大部分都是按照英制习惯。伺服电机尺寸一般都按照公制习惯。

  下表分别为设备制造商相关岗位人员如机械工程师、电气工程师、软件工程师提供一些参考

  驱动器控制信号接线) 脉冲,方向信号端接线原理图;首先需满足驱动器的信号电压幅度条件。再考虑上位系统的信号输出类型,基本可分为:差分型、NPN型(漏、拉电流型)、PNP型(源、推电流型)

  2) 以较为常见的NPN型输出信号为例说明,紧紧抓住回的概念:电流从信号电源的正端流向PUL+经内部电后从PUL-端流出,再经过上位控制器脉冲输出口正端流向负端(NPN、PNP型脉冲输出口的正负端都可理解成单向导通开关),再从脉冲输出口的负端流回信号电源的负端,如图1形成完整的回。

  软件工程师需要做的有:规划好每个轴的运动控制曲线,了解每个动作的时间、行程,合理的配置初速度、加速时间、最高速度、换向时间。以期望达到效率最高、效果最好。以梯形加减速为例,讲述如何规划设计一段运动曲线及其说明。

  1)控制信号的高低电平时间是否满足驱动器说明书上的要求。驱动器的信号输入频率都有上限。步进通常为200KHZ,伺服通常为500KHZ,所谓的200K,500K都有一个前提:占空比在50%时。实际上200K也就是限定了高和低电平时间都不小于2.5微秒;500K时限定高和低电平时间都不小于1微秒。