求助：步进的功率 点击：5742 | 回复：82
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？
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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。
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。
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？
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。
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