步進電機在環(huán)保節(jié)能方面的改造.doc

-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-步進電機在環(huán)保節(jié)能方面的改造（常州鐵道高等職業(yè)技術(shù)學校江蘇常州213011）張華摘要：步進電機是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用于各種自動控制系統(tǒng)中。隨著大眾環(huán)保、節(jié)能意識的增強，對步進電機在環(huán)保節(jié)能方面提出了改造的要求。本文作者通過生產(chǎn)實踐中的工作總結(jié)，對步進電機進行適當?shù)募夹g(shù)改造，使其能滿足環(huán)保、節(jié)能的要求。關(guān)鍵詞：步進電機；節(jié)能；改造一、步進電機的目前發(fā)展情況步進電機作為執(zhí)行元件,是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展,步進電機的需求量與日俱增,在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應用。步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。步進電機的特點：1.步進電動機工作時每相繞組不是恒定地通電，而是按一定的規(guī)律輪流通電。2.每輸入一個脈沖電信號轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角。3.步進電機可以按特定指令進行角度控制，也可以進行速度控制。角度控制時，每輸入一個脈沖，定子繞組就換接一次，輸出軸就轉(zhuǎn)過一個角度，其步數(shù)與脈沖數(shù)一致，輸出軸轉(zhuǎn)動的角位移量與輸入脈沖成正比。速度控制時，步進電機繞組中送入的是連續(xù)脈沖，各相繞組不斷地輪流通電，步進電機連續(xù)動轉(zhuǎn)，它的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變通電順序，即改變定子磁場旋轉(zhuǎn)方向，就可以控制電機正轉(zhuǎn)或是反轉(zhuǎn)。4.步進電機具有自鎖能力。當控制脈沖停止輸入，而讓最后一個脈沖控制的繞組繼續(xù)通直流電時，則電機可以保持在固定的位置上，即停在最后一個脈沖控制的角位移的終點位置上，這樣，步進電機可以實現(xiàn)停車時轉(zhuǎn)子定位?，F(xiàn)在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩?；旌鲜讲竭M電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。二、電機在環(huán)保節(jié)能上的改造隨著大眾環(huán)保、節(jié)能意識的增強，近年來，在使用步進電機上也要求在保證步進電機牽入轉(zhuǎn)矩（類同于步進電機的輸出力矩）不變時，把步進電機驅(qū)動電壓由12VDC降低到9.8VDC。這樣電機消耗功率將由原來的1.8W降到1.1W，節(jié)能效果明顯。為了滿足要求,我們對電機做了改善,以下簡要介紹本次改造的計算與過程。1、現(xiàn)狀分析-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-根據(jù)現(xiàn)有步進電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)與空間，加強定子產(chǎn)生的磁勢，無法達成。因此，必須提高磁鋼磁通。2、理論計算參考步進電動機及其驅(qū)動控制系統(tǒng)附錄1查得：取氣隙比磁導G0=1.575*10-7H/cmG1=0.552*10-7H/cm視在齒磁密取Bt=0.75mT轉(zhuǎn)矩系數(shù)Cm=10*22*(Zs/Zr)*（bt/t）2*(G1*10-8/G02)*Bt2*kdp2=10*2*3.142*(1/12)*0.52*(0.552*10-8/1.575*10-7)*0.752*0.712=0.33kg/cm（kdp磁環(huán)疊壓系數(shù)）負載系數(shù)取=0.2長徑比取=0.7定子內(nèi)徑D=3TN/(Cm)=3(5*2)/(0.2*0.7*85*0.124)=11.0cm取D=10.5cm取轉(zhuǎn)子磁鋼外徑10.2mm，轉(zhuǎn)子磁鋼內(nèi)徑9mm，轉(zhuǎn)子磁鋼高度8.8mm磁密可以看成是兩個分量的合成，一個是磁勢產(chǎn)生的Bt(s)，另一個是磁鋼產(chǎn)生的Bt(s)。齒視在磁密為Bt=Bt(s)+Bt(s)磁鋼性能Br=65mT（實測）磁鋼面積Sm=（Dm2Dmi2）/4=（10.5292）/4=22.97mm2所以磁鋼面積的磁通為：r=Br*Sm=0.1*22.97*10-6=2.3*10-6wb磁鋼單獨作用時的齒磁密：Bt(r)=r/6*Zs*L*bt*kdp=2.3*10-6/6*1*1*0.25*0.71=0.71*10-6wb/cm2=71mT所以通電繞組單獨作用時的齒磁密為：Bt(s)=BtBt(r)=0.75-0.071=0.679T按客戶要求，牽入轉(zhuǎn)矩要求330Kgf.cm，理論繞組單獨作用時的齒磁密必須0.8T，反推計算，磁鋼性能Br77mT。經(jīng)過現(xiàn)場跟蹤，目前，該磁鋼已經(jīng)為飽和充磁，充磁電壓500V。充磁電壓調(diào)整到660V，Br僅提高5mT。小結(jié)：方案必須重新改定。調(diào)整長徑比，考慮取氣隙比磁導不能變化，步進電機內(nèi)腔空間縱向允許調(diào)整，取長徑比最大化，轉(zhuǎn)子磁鋼高度取9.2mm，則可達到0.81。此處計算過程不再贅演，最后磁鋼性能Br可達84mT，完全滿足Br77mT要求?？紤]定位轉(zhuǎn)矩損耗，最綜Br范圍取7578mT。-專業(yè)文檔，值得下載!-專業(yè)文檔，值得珍藏！-3、現(xiàn)場生產(chǎn)跟蹤（1）、一次生產(chǎn)，數(shù)量：10000臺，不良率：0ppm。（2）、二次生產(chǎn)，數(shù)量：100000臺，不良率：0ppm。（3）、大批生產(chǎn)，數(shù)量：200000臺以上，不良率：0ppm。4、本次改造的總結(jié)（1）磁鋼性能與繞組磁勢是決定步進電機力矩性能的重要因素，在空間限制下，改變系數(shù)是最有效、最經(jīng)濟的方案。（2）同時，在一個改善過程中，必須要有理論支撐，還要現(xiàn)場跟蹤，兩者缺一不可。（3）一個改善過程，是一個集體、一個團隊的集體智慧的體現(xiàn)。三、結(jié)束語綜上所述永磁步進電機的應用越來越廣泛，對步進電機的要求也越來越高，我們也會努力改造步進電機其它方面的性能，使得步進電機能夠最大限度的迎合大