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電機減速機一體機的基本特性:靜態、動態、暫態特性

日期:2022-07-29 18:09:39瀏覽量:31820

電機減速機一體機

步進電機的基本特性包括電機的靜態特性、連續運動特性(動態特性)、電機啟動特性和電機制動特性(暫態特性)。下面分別介紹:

當步進電機的線圈通過直流電時,帶負載轉子的電磁轉矩(與負載轉矩平衡產生的恢復電磁轉矩稱為靜態轉矩或靜態轉矩)與轉子功率角之間的關系稱為角度-靜態轉矩特性,這是電機的靜態特性。如下圖所示:

步進電機的基本特性:靜態、動態、暫態特性

由于轉子是永磁體,產生的氣隙磁密度是正弦分布,所以理論上,靜態扭矩曲線是正弦波。這個角度-靜態扭矩特性是步進電機產生電磁扭矩能力的重要指標。最大扭矩越大越好,扭矩波形越接近正弦越好。事實上,在磁極下有一個槽扭矩,這使得合成扭矩變形。例如,如果兩相電機的槽扭矩為靜態扭矩角度周期的4倍,并添加到正弦的靜態扭矩中,則上圖所示的扭矩為:

負載扭矩是電磁扭矩的負載(如彈簧力或重物的提升力等。).如果電機減速機一體機向前和向后移動,將產生2θL提高位置精度的角度偏差,θL要小,因此,依據式θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM),應選擇最大靜態扭矩Tm大,步距角θs小步進電機,即高分辨率電機。θs=π/(2Nr)可知,要使θs越小,Nr越大越好。

此外,高分辨率步進電機的轉子結構大致分為PM型,VR型,HB有三種類型,其中HB類型分辨率最好。

由于PM類型定子磁極是爪級結構之間的關系,定子磁極的增加受到機械加工的限制。HB型轉子表面無齒,N極和S極在轉子表面交替磁化,因此極數是極對數Nr,轉子磁極也是如此Nr還受到充磁機械的限制。VR型轉子齒數和HB類型相同時,因為不使用永磁體,雖然有相同的Nr,但是步距角θs為HB類型的2倍,并且由于沒有永磁極,最大轉矩Tm比HB型小。

電機減速機一體機

兩相步進電機外徑為42mm左右時,Nr=100齒,步距角0.9°,這是實際使用中最高的分辨率。Nr隨著電抗的增大,轉矩在高速下會下降。Nr=50,步距角為1.8°廣泛使用的電機。HB類型結構,全步進狀態步距角精度為3%,步進電機運行角度θ=nθs,每一步運行中沒有累積誤差,如果電機速度足夠大,盡量提高n(θs為了提高高定位精度。

動態扭矩特性

動態轉矩特性包括驅動脈沖頻率-轉矩特性和驅動脈沖頻率-慣性特性。

脈沖頻率-扭矩特性

脈沖頻率-扭矩特性是選擇步進電機的重要特性。電機減速機一體機如下圖所示,縱軸為動態扭矩(dynamictorque),響應脈沖頻率用于橫軸和響應脈沖頻率pps(pulsepersecond)作為一個單位,即每秒脈沖數表示。

步進電機脈沖頻率-轉矩特性

如圖所示,步進電機的動態轉矩包括失步轉矩(pull-out-torque)和牽入轉矩(pull-in-torque)兩個扭矩。前者稱為失步或失去扭矩,后者稱為啟動或牽引扭矩。牽引扭矩范圍為自啟動脈沖頻率從零到最大或最大自啟動頻率區域。被卷曲線包圍的區域稱為自啟動區域。電機同步進行正向和反向啟動操作。牽引區和失步區之間有一個操作區域。電機可以在該區域同步連續運行,并帶有相應的負載。超出范圍的負載扭矩將無法連續運行,導致失步。步進電機由開環驅動控制。負載扭矩和電磁扭矩之間應有一個裕度,其值應為50%~80%。

0pps時間是相等的。隨著控制脈沖頻率的增加,負載能力會降低。在運行開始時,應緩慢增加控制脈沖頻率,以便在低速運行時提供電機所需的加速扭矩,并利用低速下的大扭矩降低加速時間。步進電機定子線圈的電感設計越小,最大響應脈沖頻率越大,從而將慢加速驅動轉變為快加速驅動。

當步進電機在慣性負載下快速啟動時,必須有足夠的電機減速機一體機啟動加速度。因此,如果負載的慣性增加,啟動脈沖頻率將降低。因此,在選擇步進電機時,應綜合考慮兩者。

下面的縱軸是最大自啟動頻率,水平軸是負載慣性,曲線表示負載慣性與最大自啟動脈沖頻率之間的關系。PM類型爪極步進電機(兩相,步距角7.5°)為例。負載PL下降,最大自啟動脈沖頻率PL與負載慣量Jc關系如下:

式中,JR步進電機轉子慣量,Ps最大自動啟動頻率為空載。

臨時扭矩特性

由于步進電機轉子的慣性作用,即使空載運行一步,也會產生電機減速機一體機超越角度(over-shoot),并且在超越角和(under-shoot)它們之間來回振蕩,減少后靜止,這是步進電機的暫態響應特性。

步進電機的暫態特性如下圖所示,縱軸取轉子移動角度,橫軸為時間。T為上升時間,△θ穩定時間稱為超越角和轉子自由靜止到設定位置的時間(通常是達到步距角出租車5%誤差范圍的時間)(settingtime)。

步進電機的基本特性:靜態、動態、暫態特性

穩定時間越短,速度越快,步進電機的阻尼(制動)對于加快機構運行速度,縮短穩定時間非常重要。

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