求助:步进的功率 点击:0 | 回复:82



毕设中

    
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发表于:2007-06-07 08:59:00
楼主
请问步进电机在选型的过程中是否还要考虑功率问题?因为加上一个减速装置,电机转矩和转子惯量很容易满足要求,但是负载的功率比较大的情况下是否需要换功率大的电机呢?还有步进电机的参数上没有功率这一项,请问如何计算功率?谢谢!



毕设中

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发表于:2007-06-07 13:34:00
1楼
在网上看到这样的计算
“步进电机功率计算:
    力矩与功率换算 

    步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的,一般只用力矩来衡量,力矩与功率换算如下: 

    P= Ω·M 

    Ω=2π·n/60

    P=2πnM/60 

    其P为功率单位为瓦,Ω为每秒角速度,单位为弧度,n为每分钟转速,M为力矩单位为牛顿·米 

    P=2πfM/400(半步工作) 其中f为每秒脉冲数(简称PPS) ”
拿86BYGH350C三相混合式步进电机来说吧,转矩6.0Nm,60RPM时功率岂不是约为36W?这么小么?

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-07 17:39:00
2楼
谈下个人看法:
    你所说的"转矩6.0Nm,60RPM时功率岂不是约为36W", 只能理解成负载的转矩为6.0NM, 此时负载获得能量的功率确实是36W多点. 但这不是电机的转出功率, 更不是电机消耗的总功率. 
    步进电机要想带动负载, 实现步进, 必须要有扭矩裕量, 从能量上理解就是必须要有功率裕量, 就是电机输出功率必须比负载获得的功率要大. 至于要多多少才能正常带动负载, 这跟电机的结构参数及负载的大小都有关系. 
      你说的"负载的功率比较大的情况下是否需要换功率大的电机" , 答案是肯定的.

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-07 19:47:00
3楼
     关于功率计算, 个人认为对步进电机而言, 考虑功率不如直接考虑扭矩来得更为简单实用。 

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-07 20:16:00
4楼
对于“步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的”,本人的理解是:
1。  电机转速变化, 负载获得的功率变化,电机对电机转子做的功的功率变化。(注:本人认为,将电机对转子做的功, 看做是步进电机的输出功率,是合理的,而不应该把负载获得的功率看作是步进电机的输出功率) 
2。  对同一个步进系统,所消耗的总功率, 可认为不受负载的变化及电机转速的变化情况影响, 可认为是一恒定值。

     更具体的分析可看我发的贴《步进电机空载时发热大还是带载时发热大?》, 虽然缺少严密的实验数据支持, 但对里面的观点, 本人还是十分有自信的。

毕设中

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发表于:2007-06-07 22:03:00
5楼
谢谢版主的留言,欲做普通工具磨床的直线工作台控制部分。床子里面有一个齿轮齿条传动,没有丝杠,原来是液压驱动的,不过现在坏了,想用步进电机驱动工作台左右工进和快速移动(电机和齿轮用联轴器连上)。想问选多大的步进好?110C还是130C?估计工作台重量为200Kg,摩擦系数不知道。工作台运动过程中惯量是不是很大啊?因为齿轮齿条传动,工作台速度不能太高,导致电机速度会很低,30转左右,按公式J刀架=m×(v/2πn)^2算的话的话,m=200Kg,v=30m/min,n=30r/min,那么J刀架=500Kgcm^2,这样所有点步进电机都不能满足要求了,请问是否需要接减速装置以减小负载惯量?有没有尺寸小点的减速装置?

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-07 22:05:00
6楼
     "60RPM时功率岂不是约为36W?这么小么?"
     举个例子帮你理解:电机转速60RPM, 负载为一半径为一米的静滑轮, 滑轮上通过光滑的绳子拉一个6牛重的法码上升。则负载的静转矩为6牛米。 一秒钟过后, 电机转了一圈, 绳子上升了2*3.14*1=6.24米, 法码获得的重力势能增量为36焦耳多点. 宏观上负载获得的功率就是36W多. 
     当然, 对步进电机而言, 微观上,这个上升的过程, 不是匀速的, 中间伴有加速, 自由落体, 冲击等, 会对步进电机本身的震荡过程及感应电动势的产生等有一定的影响, 从而对相电流的矢量叠加结果有一定的影响,  另外, 这个影响也跟电机的外围电路如续流管, 泄放电阻等有关系, 定量分析起来相当复杂.
     但有一点是肯定的,60RPM时,  要用步进电机去带6牛米(36多W)的负载, 电机对电机转子的输出必须大于6牛米(36多W), 至少大多少合适, 现在还没有一个定论.  原因有:
1.  负载及传动机构本身有一定的不确定因素, 6牛米只是一个理论值. 
2.  裕量太大,  是一种能量的浪费, 另外电机的发热量也随之增大.
3.  裕量太小,  电机容易丢步, 对一般的步进电机而言, 丢步造成的结果的致命的. 
   注: 毕设中要引用本人的观点敬请有所注明.

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-07 22:16:00
7楼
    我只是提一些我对步进电机本身的看法, 至于“欲做普通工具磨床的直线工作台控制部分”根本不在本人的能力范围之内。 
    关注中, 等待牛人解答, 也学习下。

波恩

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发表于:2007-06-08 12:01:00
8楼
“谢谢版主的留言”?———谁是版主?“阿修罗的眼泪”的回答有合理的一面,不过对于电机的输出功率或者效率而言,更符合标准的说法应该是电机轴对外做功的输出能力,而非电机对转子的做功的能力。
    另,楼主的刀架折算惯量计算估计有问题,公式看来没错,代入量有问题,“v=30m/min”?是否为v=30mm/min(“工作台速度不能太高”),n=30r/min,应归算为rad/min,或rad/s,请重新核实计算。

    

毕设中

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发表于:2007-06-08 12:58:00
9楼
v=3m/min,写错了,不好意思。

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-08 14:18:00
10楼
    麻烦波恩解释下什么是"电机轴对外做功的输出能力", 是负载获得的功率吗? 

波恩

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发表于:2007-06-08 14:35:00
11楼
这是传动系统的基本概念。
就电机的功率体系而言,电机的效率=电机(轴)输出功率(也就是负载实际能够获得的机械功率)/输入电机的电功率。其中电机(轴)输出功率一般由电力测功机标定,输入电机的电功率一般由功率计标定。

毕设中

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发表于:2007-06-09 09:33:00
12楼
加了一个1:3的齿轮减速装置后负载转矩为11.1Nm(加速转矩没算),负载转动惯量为74Kgcm^2。若选110BYG350C电机,转矩为18Nm,转子惯量为17Kgcm^2;若选130BYG350C电机,转矩为40Nm,转子惯量为40Kgcm^2,请问选哪款合适?130C的体积和质量太大了。

毕设中

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发表于:2007-06-09 09:34:00
13楼
请问电机转子惯量参数是否很重要?光转矩够了还不行吗?

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-09 17:01:00
14楼
    没接触过类似的东西, 转动惯量什么的几乎都忘光了, 仅根据自己的理解谈下, 仅供参考, 欢迎指正:
    步进电机是一步一步的进的, 中间伴有起动, 加速,制动, 静止等过程. 正常情况下, 一个驱动脉冲走一步. 但是, 如果负载的转动惯量太大, 那么, 在加速或制动过程中的加减速转矩(参照你的说法, 也不知道这名字对头不对头)就会很大, 特别是加速加程, 这个额外的扭矩与负载静扭矩叠加在一起. 此时, 如果你的起动脉冲频率过高的话, 或是步进电机的扭矩裕量不够大的话, 很容易造成起动丢步,  电机转速高时也可能产生制动过冲. 
    一般来讲, 如果你的负载为11.1Nm, 而你选额定输出扭矩为18Nm的话, 扭矩裕量本来就小了,  再加上你说的转动惯量问题, 个人觉得不合适. 
    如果只有110BYG350C和130BYG350C两种选择, 我建议你选后者.
 毕竟, 步进的丢步,  是致命的.

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-09 17:42:00
15楼
   "光转矩够了还不行吗"
   在一个整步之内, 电机输出扭矩与功角的矩角特性是近似正弦的, 假如某个时刻电机停在第一个整步位置, 你下个脉冲指令是让电机转到第二个整步位置(功角为90度), 那么,  脉冲刚到, 而电机还没动时, 电机的瞬间加速度最大, 随后, 在第一次到达目标位置前, 加速度渐渐减小, 为0(功角为负载/最大扭矩的反正弦), 负向渐渐增大...... 
   电机能不能按预想的跑, 从某个角度讲在于正加速度时间段内的速度积分结果够不够负加速度的时间段里消耗. 而电机的摩擦, 磁滞, 及负载的转动惯量等, 都与之息息相关.
   希望这能帮你解理到, 不是输出力矩比负载大, 就"够"的了.

毕设中

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发表于:2007-06-09 18:29:00
16楼
谢谢阿修罗的眼泪这么耐心的解释,你说的很形象,我明白了,再次感谢你的留言!

波恩

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发表于:2007-06-09 20:32:00
17楼
看楼主的应用速度有限,估计快速性不是关键因素,故可以不必过于考虑转动惯量匹配问题。
另外,建议再仔细核算折算到电机轴的转动惯量。

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-09 22:54:00
18楼
1。 对步进电机而言,只要第二个脉冲在第一步完成之后来,那么, 每一个脉冲的反应过程, 都要经历起动, 加速,制动, 静止的过程,而且,这个过程, 不受宏观的速度的任何影响。

2。 但是如果脉冲频率非常快,第一步还没完成, 第二个脉冲就来了的话,此时第二个脉冲对应的功角就不是90度了。 无论此时电机轴位置在第一步整步位置的左边(第二步起始功角大于90度),还是右边(第二步起始功角小于90度), 结果都一样:那就是第二个脉冲的起始输出扭矩不是最大值, 如果此时电机轴双刚好没有向前冲的惯性,或向前冲的惯性已经很小了, 那么, 就非常容易丢步。 

3。对同样的步进输出能力来说,转动惯量越大, 完成 “起动, 加速,制动, 静止”需要的时间就越长, 所以给的脉冲就要越慢,不然就易丢步。

4。脉冲频率是快还是慢, 要相对转动惯量而言。 
  
  故本人认为波恩说的“看楼主的应用速度有限,估计快速性不是关键因素,故可以不必过于考虑转动惯量匹配问题” 有道理, 但不完全认同。 

奔三十的男孩

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发表于:2007-06-09 23:33:00
19楼
    在参与本贴的过程中, 通过思考和讨论, 对进步电机的认识比以前深入了。当然, 对一些刚形成的观点还没有十分大的把握。  
    个人的经验和技术是相当有限的,只有在一块讨论(前提是要经过深刻思考)才能获得更广的提高。 
    在这里, 付出的同时, 也是收获。 所有, 楼主大可不必言谢。    

毕设中

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发表于:2007-06-10 09:27:00
20楼
    再次核算,齿轮齿条传动的齿轮直径为36mm,如果不加减速装置,电机转一圈,工作台运动为π×D=0.11m,电机每分钟转30圈的话工作台的速度就是3.3m/min,代入J工作台=m×(v/2πn)^2公式就是J工作台=614Kgcm^2。上次是估算的。这次的更大了,加个减速比为1:3的齿轮减速后,J工作台=68Kgcm^2。负载转矩再次算了,加上加速转矩,J总负载=11Nm(上次算的时候效率取的比较低,所以这次算的值小)。
    我打算选130BYG350A型步进电机(不选130BYG350C型电机了,这个已经能满足了),惯量能达到要求,电机转子惯量为30Kgcm^2,负载惯量小于电机惯量的4倍,能达到要求,电机转矩为27Nm,负载转矩小于电机静转矩的1/2,也能满足要求。尺寸也挺合适。若选110BYG350C型步进电机,电机转子惯量为17Kgcm^2,转矩为18Nm,电机转子惯量太小。
   请各位看看是否对?

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