步进电机的几点问题及解决办法！！！！！！！

张亮

步进电机发热及处理对策

步进电机作为一种数字式执行元件，在运动控制系统中得到广泛的应用。许多用户朋友在使用步进电机的时候，感觉电机工作时有较大的发热，心存疑虑，不知这种现象是否正常。实际上发热是步进电机的一个普遍现象，但怎样的发热程度才算正常，以及如何尽量减小步进电机发热呢？本文将对这些问题做一简单的分析。
1、 步进电机为什么会发热
对于各种步进电机而言，内部都是由铁芯和绕组线圈组成的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。
2、步进电机发热的合理范围：
电机发热允许到什么程度，主要取决于电机内部绝缘等级。内部绝缘性能在高温下（130度以上）才会被破坏。所以只要内部不超过130度，电机便不会损坏，而这时表面温度会在90度以下。所以，步进电机表面温度在70-80度都是正常的。简单的温度测量方法有用点温计的，也可以粗略判断：用手可以触摸1-2秒以上，不超过60度；用手只能碰一下，大约在70-80度；滴几滴水迅速气化，则90度以上了。
3、步进电机发热随速度变化的情况：
采用恒流驱动技术时，步进电机在静态和低速下，电流会维持相对恒定，以保持恒力矩输出。速度高到一定程度，电机内部反电势升高，电流将逐步下降，力矩也会下降。因此，因铜损带来的发热情况就与速度相关了。静态和低速时一般发热高，高速时发热低。但是铁损（虽然占的比例较小）变化的情况却不尽然，而电机整个的发热是二者之和，所以上述只是一般情况。
4、发热带来的影响：
电机发热虽然一般不会影响电机的寿命，对大多数客户来说没必要理会。但是，严重的发热会带来一些负面影响。如电机内部各部分热膨胀系数不同导致结构应力的变化和内部气隙的微小变化，会影响电机的动态响应，高速会容易失步。又如有些场合不允许电机的过度发热，如医疗器械和高精度的测试设备等。因此对电机的发热应当进行必要的控制。
5、如何减少电机的发热：
减少发热，就是减少铜损和铁损。 减少铜损有两个方向，减少电阻和电流，这就要求在选型时尽量选择电阻小和额定电流小的电机，对两相电机，能用串联的电机就不用并联电机。但是这往往与力矩和高速的要求相抵触。对于已经选定的电机，则应充分利用驱动器的自动半流控制功能和脱机功能，前者在电机处于静态时自动减少电流，后者干脆将电流切断。另外，细分驱动器由于电流波形接近正弦，谐波少，电机发热也会较少。 减少铁损的办法不多，电压等级与之有关，高压驱动的电机虽然会带来高速特性的提升，但也带来发热的增加。所以应当选择合适的驱动电压等级，兼顾高速性，平稳性和发热，噪音等指标

[此贴子已经被作者于2004-4-25 17:02:30编辑过]

rayho

呵呵，楼主这样发贴看着有点累。


谢谢楼主得资料，是原创还是转贴？

[此贴子已经被作者于2004-4-8 13:39:44编辑过]

张亮

哈，没有想到给大家带来不便，我去改

borlly

就算是转帖也不失为好帖.

步进电机的升级版(高级版)伺服电机,不过伺服电机及伺服系统技术在国内还没有一家象样的厂家,目前国内的国产数控机床所用的伺服系统几乎青一色的进口货,最近FUNUC在南京有生产.而针对于步进电机其发热,精度方面的因素己将在数控领域淡出市场.不过低端数控铣,钻还是有应用的前景!

rayho

borlly版主误解我得意识了

转贴呢适当加分，原创呢大大加奖啊

张亮

是从网上下的，不是原贴很失望吗。

张亮

不过我正着手整理一篇关于步进电机与其驱动器干扰的材料，不过我领导看后才能传上来供大家来评价。

张亮

怎么不见加分呀。RAYHO斑竹说过了的。

张亮

    步进电机及其驱动器干扰问题解决措施      
      德国百格拉三相混合式步进电机VRDM3913及其配套驱动器WD3-007除具有一般步进电机的特点外，其独到之处是：该三相混合式步进电机采用交流伺服原理工作，转子和定子的直径比高达50%，高速时工作扭矩大，低速时运行极其平稳，几乎无共振区。其配套驱动器具有单相220V/50Hz输入，三相正弦输出，输出电流可设置，具有十细分和半流额定值60%功能；控制方式灵活，有“脉冲+方向控制”，也有“正转脉冲+反转脉冲”控制方式；有过热保护功能，因此使用起来十分的方便。
由于驱动器输出电流3A，电压325V，再加上其外壳未采用铝、钛、镁合金外壳进行磁屏蔽，因此对高灵敏的接收机系统造成干扰，使其无法工作，并且污染电源，造成控制系统的单片机和上位机无法进行通讯，严重者造成单片机死机，给正常使用造成了困难，因此干扰问题必须加以解决。
作者在所做系统中采取了如下措施：
A．加装电源滤波器，减少对交流电源的污染。
B．“一点接地”原则。将电源滤波器的地、驱动器PE（地）（驱动器与机箱底板绝缘）、控制脉冲PULSE-和方向脉冲DIR-短接后的引出线、电机接地线、驱动器与电机之间电缆防护套、驱动器屏蔽线均接到机箱壁上的接地柱上，并要求接触良好。
C．尽量加大控制线与电源线（L、N）、电机驱动线（U、V、W）之间的距离，避免交叉.比如我们在处理双轴驱动系统中两个处在同一机箱的驱动器安装位置时,一个驱动器铭牌朝前，另一个则朝后，并在结构布置上使这些引线尽量短。
D．使用屏蔽线减轻外界对自己的干扰，或自己（电源线）对外界的干扰。
经过以下处理后，WD3-007/VRDM3913步进电机驱动系统经过两年多的实际运行考验证明了上述处理方法得当，系统工作可靠。

参考文献：
1.步进机电有限公司：混合式步进电机及驱动器；
2.步进机电有限公司：全数字交流伺服驱动器MINAS系列操作手册。
3.日本RORZE系列五相步进电机驱动器使用手册，彭侃编译

****加分20******


[em57][em57加分20   by borlly[em57][em57][em57][em35][em35]

玉

顶，斑竹给加分呀

玉

顶

cyu2002

这种一般是转贴的，可以适当加分。

张亮

以下是引用cyu2002在2004-4-12 10:49:56的发言：
这种一般是转贴的，可以适当加分。

什么一般是转贴，难道这种贴子就没有人能写出来吗，是的，里面的东西有些是抄来的 但这也是我花费几天时间整理 来的呀。。。。

[此贴子已经被作者于2004-4-12 17:08:27编辑过]

玉

虽然已经优点过时了，但是也不错。。

yuxuanguan

要了

亿万人民

7852396541

顶

张亮

“偏磁式磁阻电机”简介

一、前言
本人是澳大利亚华侨，89年出国时，曾处于磁阻电机驱动电路研究事业的最高峰。出国后，对原有课题不甘轻易放弃，利用工作之便，不断解剖世界各国微电机与开关电源产品，苦苦思索。十几年光阴没有白费，终于在电机与驱动电路的结合处找到突破口，创立偏磁式磁阻电机理论。该理论是建立于傅里叶级数（谐波分析）基础之上的。利用这一原理，我将磁阻电机原有的脉冲直流驱动绕组一分为二，分为直流、交流两部分，分别用直流偏磁与交流驱动取而代之。在电机的机械结构与绕组匝数基本不变的前题下，驱动电流可降为原来一半，驱动功率可降为原来的1/3至1/6左右。若用永磁取代直流绕组，就是永磁式偏磁电机。
在上述偏磁电机理论支持下，参考各种电机结构，我已完成多个系列产品构思: 有电机本身，还有配套的变频驱动器，位置检测与反馈电路及其组合等几十种产品。偏磁电机的结构适应面相当广泛，适用于普通圆柱气隙单定子内、外转子，内、外柱面双气隙杯形转子；适用于普通端面电机，双端面气隙盘式转子，直线电机，平面电机等各种结构。偏磁电机不但适合三相、五相等奇数相电机，也适用于二相、四相、六相等偶数相电机；适用于几十相之多相电机，还适用于单相电机。
二、背景
磁阻（又称反应）式电机，按前些年的技术，都以为其效率低、脉振大、噪音高、适用面窄，仅用于步进电机领域。20世纪中期，美国人发明了一种混合式步进电机，专利过期后，80年代中期，我国才由哈尔滨工业大学王教授牵头，中科院电工所等参与，引进混合式磁阻电机，企图替代国产旧式磁阻电机。近几十年来，由于功率开关电子技术发展，美、英等国研究并开发了开关磁阻电机系统（由电子开关、位置检测、磁阻电机共同组成），效率高达90%以上，性能价格比高于一般电机系统，是一种很有发展前景的机种。我国80年代后期，在华中理工大学等院校、科研机构推动下，派人到英国考查并引进开关磁阻电机系统，作为全国星火计划95期间的重点攻关项目。全国各科研院所都投入大量人力物力进行研究，至今各有关电机杂志每期仍有20%以上有关磁阻电机方面的文章。90年代初，美国一教授又发明了一种新型磁阻电机，叫永磁双凸极磁阻电机（PMSRM），在全世界引起振动，国内一些大学院、校，科研院、所最近也开始研究、重视这项新技术，有关论文大量涌现。
三、特色
其实，美国人发明的混合式磁阻电机与永磁双凸极磁阻电机，与本人发明的偏磁电机从原理上分析，都属于偏磁电机范畴，是偏磁电机大家族中的二条分支而已。相比之下，美国人发明的混合式电机结构较复杂，永磁双凸极磁阻电机磁极分布不对称，谐波成份大；而我发明的偏磁电机中大部分结构的磁极分布对称，采用我在磁阻电机领域独创的多跨或分布式绕组，安匝数还可再减半，驱动功率更省，性价比更高。因此可以说：在偏磁电机家族中，美国人发明的双凸极永磁不再是一种值得推荐的好结构。
与异步电机变频调速系统相比：偏磁电机转子结构简单，平均气隙磁密较高，驱动电路不必负担转子激磁能量，不要采用复杂的矢量变换技术等。因此偏磁电机系统的成本仅是同功率异步电机变频调速系统的1/2-1/4倍。偏磁电机的出现，将挑战异步电机的称霸地位，随机电一体化时代迈进，终将坐上电机界的“大哥大”宝座。
四、现状
该技术已申请4项中国专利，内容复盖除混合式与双凸极之外的偏磁电机几乎全部可能型式。以其中二台样机为例，一台是南京徽分电机厂生产的110BF-03型反应式步进电机改装成的偏磁电机，改造后，通入三相交流电实测比较，驱动相电流降低至原来一半，同样转速时，相电压也仅是原来一半，输出力矩增加20%左右（消除三次谐波引至），脉振减小（可直接拆除原有的加速度阻尼器），噪音明显下降。
另一台样机是用于电动自行车的无刷轮毂电机。为便于比较，采用与原180w最大力矩12牛顿米的永磁直流电机一样的铁芯尺寸与外壳尺寸。新电机用串激式偏磁，省去了价格昂贵的永磁材料，简化了结构，还减少了铜线消耗量，造价仅为原永磁电机一半，最大力矩大于20牛顿米。这种指标是同尺寸永磁同步电机达不到的。
五、应用
偏磁电机可用于电动机，也可用作发电机。偏磁电机随齿数不同，极数不同，转速范围大不相同，可作控制电机，也可作动力电机；可作微型电机，也可制成超大型电机。按其制造精度等级不同，可作精密控制电机，也可作廉价的家用电器主驱动电机。
偏磁电机具体应用为：机器人专用盘型大力矩伺服电机，数控机床用步进电机、伺服电机、机床主轴调速电机，VCD、DVD、VCR主电机，打印机、传真机、电脑软、硬盘主电机，厨用高速磨浆机、榨汁机、切碎机、搅拌机、电动工具主电机，电风扇、洗衣机、空调、冰箱变频调速电机，开关磁阻电机、无刷直流电机，电动汽车、自行车、摩托车动力电机，升降机、电梯主电机，大型轧钢、锻压主电机，移动式小型发电机，飞机中频发电机，电火花加工机床、感应电炉中频发电机，低速同步电机等。军事上，用作潜艇驱动，飞弹导向驱动，雷达天线驱动，舰艇火炮伺服，飞机导航陀螺等，具有高效、简单、可靠、体积小的特点。

张亮

1 高动态特性，加减速度和运行速度高，而且非常平稳；
2 保护等级IP54或IP65，适用环境强，免维护，不怕喷水，理论上可以用到各种场合；
3 体积小，集传统的导轨，丝杆，电机于一体；
4 每步运动距离： 0.6 μm；
5 重复定位精度： +/- 2 μm；
6 300mm长度的绝对定位精度为 5μm，定位精度仅取决于运动速度，低速时定位精度更高；
7 具有三相混合式步进电机系统的所有优点；
8 没有任何摩擦，不需润滑，效率更高；
9 安装使用更方便，连线更简单；
10 电机发热很少；
11 可以简单组合成各种二维和三维直角坐标机器人；
12 导轨可以做的很长(4米)，一个长导轨上可以放多个滑块；
13 可以加位置反馈来监视滑块的位置。

张亮

①看用户的经济情况
②所带的负载情况
③根据计算出的扭矩、转动惯量选型