步进电机在工业自动化领域的应用

工程师依靠运动控制设备来提高自动化工厂车间的效率和生产率,或者至少对其进行维护。一类这样的设备,步进电机,由于其实现简单,具有吸引力的性价比,低速时的高扭矩而被广泛使用。过去,步进电机在苛刻的应用中无法跟上伺服电机的发展,但是最近的进步极大地提高了步进电机的性能,扩大了它们可以发挥积极作用的领域。

工程师依靠运动控制设备来提高自动化工厂车间的效率和生产效率,或者至少维护这些设备。此类器件的一个系列,步进电机,由于其简单的实现、有吸引力的性价比和低速时的高扭矩而得到广泛应用。过去,步进电机在苛刻的应用中跟不上伺服电机,但最近的进步极大地提高了步进电机的性能,扩大了它们能够产生积极差异的领域。
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步进电机通常用于要求苛刻的应用,如此包装机。
下面介绍这些进步,并概述机器自动化的其他两个领先的运动控制设备:伺服电机和变频驱动器 (VFD)。
前三种电机/驱动类型
工程师可以从多种电机、驱动器和控制器中进行选择,以满足当前应用的需求,如扭矩、速度和尺寸。
步进电机通常包括电机、驱动器和控制器。电机为无刷直流版本,在旋转过程中以同等大小的固定步长移动,并且一次仅旋转一步。步进电机具有简单的设计和控制,不需要调谐或调整。它们在 1,000 rpm 转速以下时提供出色的扭矩,成本是同类伺服系统成本的二分之一到三分之一。其输出扭矩随着速度 (rpm) 的增加而减小,使其难以操作。不仅如此,对于直流供电应用,在转速超过 1,000 rpm 且交流供电应用超过 1,500 rpm 时,很难从中获得有用的工作。
伺服电机由电机、驱动器、控制器和位置反馈装置组成。它们可在 2,000 rpm 以上转速下提供高扭矩,是可变负载应用的首选步进电机。它们也比步仅电机更复杂
步进电机系统
步进电机设置的三个主要元素是电机、控制器和驱动器。这三个组件与可编程逻辑控制器(PLC)或PC一起使用,它们都提供多个步进电机之间的监督控制和协调。
所有的步进电机系统都由步进电机控制器、驱动和电机组成。大多数系统都连接到PLC进行监督控制。
■■地调节步进位置、电机从步进到步进的速度以及由电机产生的转矩。它产生驱动器使用的控制信号。步进控制器可以是开环或闭环。开环控制器不需要从电机反馈,假设电机处于所需的步进位置并产生所需的转矩。闭环控制器使用基于电机负载的反馈,使性能更接近伺服电机。
■放大并修改来自控制器的信号,以调节流入电机绕组的电流的大小和方向。因此,它驱动步进电机到它想要的位置,并持有它与期望的扭矩量。
■电机■几个线圈,这些线圈必须按特定的顺序通电,以使电机在每一步中旋转。典型的步进电机每步移动1.8度,相当于每360度转200步。一些步进电机在较小的步骤中移动,以提供更精确的定位。例如,每步0.9度,每360度旋转400步。

所有的步进电机系统都由控制器、驱动和电机组成。大多数系统都连接到PLC进行监督控制。
■■地调节步进位置、电机从步进到步进的速度以及由电机产生的转矩。它产生驱动器使用的控制信号。步进控制器可以是开环或闭环。开环控制器不需要从电机反馈,假设电机处于所需的步进位置并产生所需的转矩。闭环控制器使用基于电机负载的反馈,使性能更接近伺服电机。
■放大并修改来自控制器的信号,以调节流入电机绕组的电流的大小和方向。因此,它驱动步进电机到它想要的位置,并持有它与期望的扭矩量。
■电机■几个线圈,这些线圈必须按特定的顺序通电,以使电机在每一步中旋转。典型的步进电机每步移动1.8度,相当于每360度转200步。一些步进电机在较小的步骤中移动,以提供更精确的定位。例如,每步0.9度,每360度旋转400步。

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