步进电机空载时发热大还是带载时发热大? 点击：21169 | 回复：426
发表于：2007-06-28 16:56:00
325楼
在一段时间内有多少次震荡-停下的过程, 只与脉冲频率有关.请解释。另愿意和修罗兄一起复习一下“电机”课中制动的几种方式和相关原理。
[color=#FF0000]“可以这样认为。转子的转动，以反电势的形势反映在绕组里，而输入功率中克服这个反电势所消耗的功率就是提供转子转动的动力"
可以这么认为的吗?
那我问一下, 负载的大小, 对这个反电势有没有影响?”[/color]怎么说呢，说没有影响，因为在公式E＝BLV中没有体现，说有影响因为加速度和惯量密不可分，而F=BIL，所以制动时电流和负载惯量是绝对有关系的，虽然没有明确建模，但通过简单推算，其函数关系应该是随负载的变大(如你所说，不是实时恒流的)，电流也是增大的！
另外“W=BLS”公式是哪里来的？请核算其量纲！
[color=#FF0000]“可以这样认为。转子的转动，以反电势的形势反映在绕组里，而输入功率中克服这个反电势所消耗的功率就是提供转子转动的动力"
可以这么认为的吗?
那我问一下, 负载的大小, 对这个反电势有没有影响?”[/color]怎么说呢，说没有影响，因为在公式E＝BLV中没有体现，说有影响因为加速度和惯量密不可分，而F=BIL，所以制动时电流和负载惯量是绝对有关系的，虽然没有明确建模，但通过简单推算，其函数关系应该是随负载的变大(如你所说，不是实时恒流的)，电流也是增大的！
另外“W=BLS”公式是哪里来的？请核算其量纲！
发表于：2007-06-28 17:06:00
326楼
对你上面问到的"PWM加RC电路输出恒定电压的方法提供参考电压", 现回复回下:
1. PWM周期的取值有这个的原则: 周期越短越好,也就是输出频率越高越好. 但是, 周期越短, 意味着PWM波的分辨率越低. 能做的细分数就越低.两者是不能兼得的, 具体怎么取得看你的权重.
2. 如果是想用PWM加RC电路输出恒定电压的方法提供参考电压,本人当时做的经验是: C值越小, PWM输出的实际值与论值之间的差距就越大, 也就是说假如你的占空比是0.5, 理论是应该是2.5V, 但实际上你的PWM驱动能力只是相当于2.0; C值越大, 对PWM波的分辨率破坏就越严重, 电容本身的滤波造成的; RC低通电路的频率, 不能低于你的PWM输出频率(转折频率), 在这个基础上, 频率越低, 滤波效果越好, 但对PWM信号的衰减越严重; 频率越高, 滤波效果越差, 但对信号的衰减越弱. 两者也不能兼得.
3. "假如我取RC=400 PWM周期=200 占空比在0.999的情况下，要经过约17个充放电周期即3400，才能达到预期电压，这样算来电机的频率才588HZ"
不是很清楚你的"17个充放周期"是怎么得来的, 请赐教.
另外, 你要想用PWM来控制电机,或当成参考电压, 我个人认为起码得在10K以上.
具体的操作, 只能靠你自己了. 另外, 建议你看下相关的罗鹏的贴子,里面也许有你要的东西, 他也在做差不多的事. 而且号称PWM频率能上到几百K.
1. PWM周期的取值有这个的原则: 周期越短越好,也就是输出频率越高越好. 但是, 周期越短, 意味着PWM波的分辨率越低. 能做的细分数就越低.两者是不能兼得的, 具体怎么取得看你的权重.
2. 如果是想用PWM加RC电路输出恒定电压的方法提供参考电压,本人当时做的经验是: C值越小, PWM输出的实际值与论值之间的差距就越大, 也就是说假如你的占空比是0.5, 理论是应该是2.5V, 但实际上你的PWM驱动能力只是相当于2.0; C值越大, 对PWM波的分辨率破坏就越严重, 电容本身的滤波造成的; RC低通电路的频率, 不能低于你的PWM输出频率(转折频率), 在这个基础上, 频率越低, 滤波效果越好, 但对PWM信号的衰减越严重; 频率越高, 滤波效果越差, 但对信号的衰减越弱. 两者也不能兼得.
3. "假如我取RC=400 PWM周期=200 占空比在0.999的情况下，要经过约17个充放电周期即3400，才能达到预期电压，这样算来电机的频率才588HZ"
不是很清楚你的"17个充放周期"是怎么得来的, 请赐教.
另外, 你要想用PWM来控制电机,或当成参考电压, 我个人认为起码得在10K以上.
具体的操作, 只能靠你自己了. 另外, 建议你看下相关的罗鹏的贴子,里面也许有你要的东西, 他也在做差不多的事. 而且号称PWM频率能上到几百K.
发表于：2007-06-28 17:34:00
327楼
"加速度和惯量密不可分，而F=BIL，所以制动时电流和负载惯量是绝对有关系的，虽然没有明确建模，但通过简单推算，其函数关系应该是随负载的变大(如你所说，不是实时恒流的)，电流也是增大的！
另外“W=BLS”公式是哪里来的？请核算其量纲！"
我的公式可能有误, 我想列的公式是, 磁场强度一定的情况下, 磁割磁感线产生的能量只与导体走过的面积在与磁力线垂直方向上的分量有关. 具体的式子忘了, 手头刚好没有资料.
我们考虑发电量的大小时, 完全不用去考虑速度, 只考虑走过的距离就可以了, 当然, 你要从速度方面入手也可以, 但你的分析错了. "是随负载的变大, 电流也是增大的", 负载大, 转动惯量大, 由于对同一个脉冲, 转子脉冲发出时到第一次到达平衡位置前, 所获得的能量是相同的, 转动惯量大, 势必获得的速度小, "所产生的电流"是应该小的, 而不是你说的大.
另外“W=BLS”公式是哪里来的？请核算其量纲！"
我的公式可能有误, 我想列的公式是, 磁场强度一定的情况下, 磁割磁感线产生的能量只与导体走过的面积在与磁力线垂直方向上的分量有关. 具体的式子忘了, 手头刚好没有资料.
我们考虑发电量的大小时, 完全不用去考虑速度, 只考虑走过的距离就可以了, 当然, 你要从速度方面入手也可以, 但你的分析错了. "是随负载的变大, 电流也是增大的", 负载大, 转动惯量大, 由于对同一个脉冲, 转子脉冲发出时到第一次到达平衡位置前, 所获得的能量是相同的, 转动惯量大, 势必获得的速度小, "所产生的电流"是应该小的, 而不是你说的大.
发表于：2007-06-28 17:40:00
328楼
至于“可以这样认为。转子的转动，以反电势的形势反映在绕组里，而输入功率中克服这个反电势所消耗的功率就是提供转子转动的动力"
可以这么认为的吗?
那我问一下, 负载的大小, 对这个反电势有没有影响?”
我可以帮你回答, 是没有影响的.
对步进电机言, 其转动速度只与脉冲频率有关. 恒频时, 转速不变, 宏观上产生的反电动势也不会有变化的.
若以"可以这样认为。转子的转动，以反电势的形势反映在绕组里，而输入功率中克服这个反电势所消耗的功率就是提供转子转动的动力" 来考虑, 恒频时增大负载时, 则负载获得的功率增大, 那么"转子转动的动力"增大, 但是反电动势没有变化, 不是矛盾了吗?
可以这么认为的吗?
那我问一下, 负载的大小, 对这个反电势有没有影响?”
我可以帮你回答, 是没有影响的.
对步进电机言, 其转动速度只与脉冲频率有关. 恒频时, 转速不变, 宏观上产生的反电动势也不会有变化的.
若以"可以这样认为。转子的转动，以反电势的形势反映在绕组里，而输入功率中克服这个反电势所消耗的功率就是提供转子转动的动力" 来考虑, 恒频时增大负载时, 则负载获得的功率增大, 那么"转子转动的动力"增大, 但是反电动势没有变化, 不是矛盾了吗?
发表于：2007-06-29 08:44:00
330楼
我觉得应该意一点，a=f/m f=bil
B不变（在每一步中实际应该是由小变大的过程，由于每步都是相同暂时认为恒定，参照楞次定律）、I不变、L也不变。所以力矩是恒定的
负载的变化最终的体现只是速度上的问题，当负载大到一定程度发生堵转，而堵转的时候，转子没能转到下一个平衡位置，与平衡位置比较B小。。。。。。（堵转的功率变化，还没想清楚）
至于眼泪兄讨论的制动时的情况，我昨晚想了一下，由于前面知识忘的太多，我无法用公式证明出来。只能还是用宏观的看法去做一下理解。
每走一步转子获得能量=m*v*v/2，而电子阻尼制动又要消耗同样多的能量，摩擦力做的功应该与FS有关，每次为恒定
一步的开始与结束转子的状态是不变的如果忽略电机外部负载系统的阴尼，可认为系统无功输出，即全部转化为热能。
前面提到过，运转时比锁定时输入的功率大，加上刚才的观点
我认为运转时的发热比锁定时大，与电机运行的频率和电流大小都有关（此处未考虑铁损），电流大时M*V*V/2比较大，S相应也变大，但如果连续平稳运行，步与步之间就少了制动与加速的过程（相对减小了），振荡减少摩擦力做功的S也减小，发热应比同电流同负载频率低时小一些。
条件有限，未能做实验验证。仅供参考
B不变（在每一步中实际应该是由小变大的过程，由于每步都是相同暂时认为恒定，参照楞次定律）、I不变、L也不变。所以力矩是恒定的
负载的变化最终的体现只是速度上的问题，当负载大到一定程度发生堵转，而堵转的时候，转子没能转到下一个平衡位置，与平衡位置比较B小。。。。。。（堵转的功率变化，还没想清楚）
至于眼泪兄讨论的制动时的情况，我昨晚想了一下，由于前面知识忘的太多，我无法用公式证明出来。只能还是用宏观的看法去做一下理解。
每走一步转子获得能量=m*v*v/2，而电子阻尼制动又要消耗同样多的能量，摩擦力做的功应该与FS有关，每次为恒定
一步的开始与结束转子的状态是不变的如果忽略电机外部负载系统的阴尼，可认为系统无功输出，即全部转化为热能。
前面提到过，运转时比锁定时输入的功率大，加上刚才的观点
我认为运转时的发热比锁定时大，与电机运行的频率和电流大小都有关（此处未考虑铁损），电流大时M*V*V/2比较大，S相应也变大，但如果连续平稳运行，步与步之间就少了制动与加速的过程（相对减小了），振荡减少摩擦力做功的S也减小，发热应比同电流同负载频率低时小一些。
条件有限，未能做实验验证。仅供参考
发表于：2007-06-29 08:53:00
332楼
[color=#FF0000]2007-6-28 红字为恒流恒频的步进功率及发热情况的分析.
以下为恒流恒载的分析:
步进功率的去向问题划分: 一. 铁损;二. 驱动器输入环路的铜损. 三.电感磁能转化成电能并最终形成的铜损. 四. 步进电机对转子所做的功.
一. 在恒流时, 频率越大, 铁损也应越大.但由于铁损相对于铜损非常小, 可以不必过多考虑.
二.驱动器输入环路的铜损, 也就是恒流的铜损, 为一恒定值,不随负载情况或转速而变化.
三. 由于电感磁能的大小只与转化前的电感中的电流的大小决定,也就是由恒流的恒流值决定.改变频率值, 对功率管的通断次数, 以及电感的充放电次数,都没有影响. 故电感磁能转化成电能并最终形成的铜损, 也可认为是一恒定值.
四.步进电机对转子所做的功. 这部分功, 可以分成三个部分考虑:
1. 摩擦损耗, 最后转成热能.
2. 负载获得的能量.
3. 转子制动产生的电能.
我们先来分析下电机对转子所做的功. 这个功, 就是电磁力在转子与电机的相对位移上的积分. 其中, 电磁力大小, 只与电流的大小有关,而位移, 只与脉冲的个数有关. 在恒流情况下, 宏观上电机对转子所做的功是与脉冲频率成正比的. 频率越大, 电机对转子所做的功就越大.
频率增大, 走过的距离也增大, 相同的时间里震荡的次数也大, 故认为摩擦损耗也随之增大.
负载获得的能量, 在恒载条件下, 是与脉冲频率成正比的, 故频率越大, 负载获得的能量也越大.
至于转子制动产生的电能, 在恒流恒载的情况下, 且在不产生丢步的前提下, 本人认为, 是随频率的增大而增大的. 频率越大, 相同时间内, 出现的"震荡-停下"的次数就越多, 在不丢步(脉冲频率不是太高)的条件下, 甚至可以认为每一次震荡过程的产生的电能都一样. 故转子制动产生的电能, 随频率增大而增大.
而转子制动过程产生的电能的去向, 也分成两部分. 在功率管导通时产生的电能, 以电流的形式与驱动输入电流叠加在一起, 由于恒流的关系, 这节约了由功率管输入的电流, 宏观上表现为这部分电能回馈了电网; 在功率管关断时产生的电能, 以电流的形式与绕组磁能转化成的续流叠加在一起, 从而增加了续流环路的电热效应的发热量.
故, 恒流恒载时, 增加频率, 则铁损, 摩擦损耗, 及续流环路的电热效应发热量, 都相应增加, 所以发热量随频率的增加而增加.
宏观上, 步进消耗的功率=发热功率+负载获得的功率. 故, 步进消耗的功率, 也随频率的增大而增大(不产生丢步为前提).
另外, 步进消耗的功率的增大, 也在某种程度上改变了功率管通断的占空比, 从而影响了转子制动产生的电能的分配. 但是电机消耗功率随频率的增加的斜率, 远不如其它量随频率增加的斜率. 其原因在于, 功率消耗的一个重要组成部分, 输入环路的铜损, 在恒流条件下不随频率的改变而改变. 故这方面的影响, 不会改变发热量及电机功耗随频率变化的趋势, 但确实存在量性的影响. [/color]
以下为恒流恒载的分析:
步进功率的去向问题划分: 一. 铁损;二. 驱动器输入环路的铜损. 三.电感磁能转化成电能并最终形成的铜损. 四. 步进电机对转子所做的功.
一. 在恒流时, 频率越大, 铁损也应越大.但由于铁损相对于铜损非常小, 可以不必过多考虑.
二.驱动器输入环路的铜损, 也就是恒流的铜损, 为一恒定值,不随负载情况或转速而变化.
三. 由于电感磁能的大小只与转化前的电感中的电流的大小决定,也就是由恒流的恒流值决定.改变频率值, 对功率管的通断次数, 以及电感的充放电次数,都没有影响. 故电感磁能转化成电能并最终形成的铜损, 也可认为是一恒定值.
四.步进电机对转子所做的功. 这部分功, 可以分成三个部分考虑:
1. 摩擦损耗, 最后转成热能.
2. 负载获得的能量.
3. 转子制动产生的电能.
我们先来分析下电机对转子所做的功. 这个功, 就是电磁力在转子与电机的相对位移上的积分. 其中, 电磁力大小, 只与电流的大小有关,而位移, 只与脉冲的个数有关. 在恒流情况下, 宏观上电机对转子所做的功是与脉冲频率成正比的. 频率越大, 电机对转子所做的功就越大.
频率增大, 走过的距离也增大, 相同的时间里震荡的次数也大, 故认为摩擦损耗也随之增大.
负载获得的能量, 在恒载条件下, 是与脉冲频率成正比的, 故频率越大, 负载获得的能量也越大.
至于转子制动产生的电能, 在恒流恒载的情况下, 且在不产生丢步的前提下, 本人认为, 是随频率的增大而增大的. 频率越大, 相同时间内, 出现的"震荡-停下"的次数就越多, 在不丢步(脉冲频率不是太高)的条件下, 甚至可以认为每一次震荡过程的产生的电能都一样. 故转子制动产生的电能, 随频率增大而增大.
而转子制动过程产生的电能的去向, 也分成两部分. 在功率管导通时产生的电能, 以电流的形式与驱动输入电流叠加在一起, 由于恒流的关系, 这节约了由功率管输入的电流, 宏观上表现为这部分电能回馈了电网; 在功率管关断时产生的电能, 以电流的形式与绕组磁能转化成的续流叠加在一起, 从而增加了续流环路的电热效应的发热量.
故, 恒流恒载时, 增加频率, 则铁损, 摩擦损耗, 及续流环路的电热效应发热量, 都相应增加, 所以发热量随频率的增加而增加.
宏观上, 步进消耗的功率=发热功率+负载获得的功率. 故, 步进消耗的功率, 也随频率的增大而增大(不产生丢步为前提).
另外, 步进消耗的功率的增大, 也在某种程度上改变了功率管通断的占空比, 从而影响了转子制动产生的电能的分配. 但是电机消耗功率随频率的增加的斜率, 远不如其它量随频率增加的斜率. 其原因在于, 功率消耗的一个重要组成部分, 输入环路的铜损, 在恒流条件下不随频率的改变而改变. 故这方面的影响, 不会改变发热量及电机功耗随频率变化的趋势, 但确实存在量性的影响. [/color]
发表于：2007-06-29 08:59:00
333楼
TO 阿修罗的眼泪
谢谢你对我的问题的解答，我不是很懂你的细分具体怎么实现
电容充电需要一这一的时间，并不是输出恒定的占空比的方波就马上能达到所预期的电压，要经过多次充电放电的过程才能在预期电压上下摆动。摆动的大小与方波频率与RC常数的比有关
而上面得出的17个充放电周期晚计算得来的，我没有很方便的条件，不能弄来试了再说，只能经过计算做出相应的决定，最后制定线路，做板，买材料，调试。
我觉得，试验只是为了验证计算的正确性和稳定性（极其负杂的计算例外，）在有能力的情况下，还是应该注重理论计算。
至于步进电机百K环境下运行，现在以我的能力，真的做不到
51单片机机器周期0.5US。20个机器周期内完成计算还要细分？
不细分的话都很难，毕竟是下位机，接受上位机的指令，时间能来的及么？我用在线切割上，要精确到每一步。在执行部件上有光栅尺反馈
谢谢你对我的问题的解答，我不是很懂你的细分具体怎么实现
电容充电需要一这一的时间，并不是输出恒定的占空比的方波就马上能达到所预期的电压，要经过多次充电放电的过程才能在预期电压上下摆动。摆动的大小与方波频率与RC常数的比有关
而上面得出的17个充放电周期晚计算得来的，我没有很方便的条件，不能弄来试了再说，只能经过计算做出相应的决定，最后制定线路，做板，买材料，调试。
我觉得，试验只是为了验证计算的正确性和稳定性（极其负杂的计算例外，）在有能力的情况下，还是应该注重理论计算。
至于步进电机百K环境下运行，现在以我的能力，真的做不到
51单片机机器周期0.5US。20个机器周期内完成计算还要细分？
不细分的话都很难，毕竟是下位机，接受上位机的指令，时间能来的及么？我用在线切割上，要精确到每一步。在执行部件上有光栅尺反馈
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