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谈两相步进电机接线方法和电流设定问题

   日期:2015-03-04     浏览:88    评论:0    
核心提示:有好多网友在使用两相步进电机时发现步进电机的转矩小,或达不到额定标称的转矩值,只好加大步进电机的尺寸和标称电流,以满足动

有好多网友在使用两相步进电机时发现步进电机的转矩小,或达不到额定标称的转矩值,只好加大步进电机的尺寸和标称电流,以满足动力要求。其实有的时候并不是电机的问题,而是在步进电机选择或驱动器工作电流的设定上有不妥之处,没有发挥出步进电机的最大效率。



  首先,从驱动器方面考虑,目前大多数两相步进电机的驱动器是采用全桥输出的四线接法,如果两相步进电机也是四线的,驱动器按照电机的标称电流设定,应该说是正确的,而且效率最高,输出转矩能够达到最大值。目前,新生产的步进电机大多是这种形式的。而目前网友大多是买的二手早期生产的步进电机,多是两相六线制的(四组两对串联线圈,每对有中心抽头),还有少量八线制的(四组两对独立线圈)。



  两相六线制步进电机有两种接法,第一种是舍弃中心抽头接两端,实际就是将每组的两个相线圈串联起来使用,电机堵转矩大和效率高些,但是高速性能差。第二种是接中心抽头和一端,这种接法电机高速性能好些,但是每相有一组线圈空闲,堵转矩小和效率低些。目前网友大多是采用第一种接线方法。这就出现一个问题,两相驱动器的电流到底应该设置多大正确,一般还都是按电机标称电流值来设定,这就出现了前面提到的电机效率问题。



  一般步进电机标注的电流是相电流(或电阻),就是每组线圈的电流值(或电阻),如果两相六线制步进电机采用第一种接法,相当于将两组线圈串联起来,那么其每相电阻加大,额定工作电流减小,即使驱动器设置成标称电流也达不到各相的额定输出值。所以在选用驱动器和步进电机时出现电流匹配问题。正确的方法是应将驱动器的输出电流设定为步进电机额定相电流的0.7倍(也不是通常认为串联起来的电流减半)。举例,比如一个带中心抽头的两相步进电机,标称电流是3A,驱动器电流应该设定为3*0.7=2.1A。所以就出现你尽管选了3A的步进电机,实际上它的功率相当于两相四线制的2.1A步进电机。



  再谈谈八线制的步进电机接法,也有两种,第一种是将每两组线圈串联使用,这样驱动器的电流也是设定为电机相电流的0.7倍,这种接法电机发热量小,但是高转速性能差些。第二种接法是将每两组线圈并联使用,驱动器的电流设定为电机相电流的1.4倍,其优点是高转速性能好些,但是电机发热量大,但是步进电机有点温度是正常的,只要低于电机的消磁温度就行,一般步进电机的消磁温度在105度左右。



  所以在你有了输出电流不可调的步进电机驱动器(指两相全桥输出驱动器,如网友常用的TA8435,TB6560、A3977等驱动芯片)后,如何选用步进电机很重要,如果你的驱动器是2A的,尽量选用两相四线制2A的电机(如二手的日本东方电机大多是这种)如果你选用两相六线制电机,就要选标称相电流为2 / 0.7=2.9A(大约)的电机。这样才能更好地发挥驱动器的作用。

不过你要是选用的驱动器是半桥输出(如SLA7062M、SLA7026等驱动芯片),那只能接两相六线制电机,驱动器的电流和电机标称电流是一致的。不过这种驱动器目前很少,效率低。



  对于六线和八线步进电机相线圈采用并联工作,可以发挥出最大的输出转矩和表现出很好的动力性能,六线电机是无法接成并联形式的,实际已经在内部串联起来了,串联的公共端是中心抽头。只有八线电机的相线圈是可以并联使用的。如果能将电机后盖打开,看一下里边的接线结构,是可以进行改动的,使六线电机变成八线电机,这样就可以并联使用了,但不是所有的六线电机都能改制,只有从电机后面看到的连线接头形式的可以改动,而有的电机是焊盘接头,改制就需要高超的技术了。我已经改制了几个步进电机,即串联也可以并联使用,并联使用时相电流是原来的1.4倍,高速运转性能大大提高,转矩也提高不少。我在另外一个帖子有详细的改制方法介绍,可见对于电控部分步进电机和驱动器的电路设计使用,有的网友不是很注意发挥其最佳效果,一味追求高价位和大电流,追求高速度。其实里边有很大的潜力能开发和利用,一个是你要认真计算一下机器载荷,到底需要多大的转矩和速度,尽管你的驱动器和电机选的都很大,但是其效果没有发挥出来,另外,你的速度也不要追求过高,想想实际加工过程中,你DIY机器的的进刀量又能有多大(要取决于机械结构、刀具及加工材料材质),速度高了也用不上,就像DIY雕刻机的机架一样,其机架的刚度并不是靠加大材料的重量和厚度来提高的,而是靠结构,一些网友做的小小的雕刻机竟有几百公斤重,都是用20mm甚至更厚的钢板做成,其实是一种很大的浪费,使用搬动也不方便,如果采用型材或者加工成筋骨结构,在保证刚度不变的情况下,重量可以减轻一大半。电机和驱动器也是同样,做好匹配可以达到事半功倍的效果,省钱省力。



  附录三洋57型双轴头两相六线电机改造方法



  我的步进电机是采用的三洋57型双轴头两相四线电机(带中心抽头),相电流2.9A。考虑到最大发挥步进电机的效率,对步进电机进行了改造,将原来的步进电机改成两项八线电机,这样增加了电机连线形式的灵活性,既可以串联使用,又可以并联使用。下面是改造的实例。



  这是我的三个电机,成色非常好,关键是双轴头,可以安个铝合金小手轮





 01 这是我的三个电机,成色非常好,关键是双轴头,可以安个铝合金小手轮 






 02 第一步,小心打开步进电机后盖,不要将转子拿出来,这时候可以看到电机的输入引线,是两相六线的接法; 






 03 上边一黑一白两根线分别是两相两组线圈的中心抽头,小心用镊子拿出来 






 04 小心用刀割开绝缘套,露出三根相连的线,其中两根漆包线(一红、一黄)分别是同相两组的公共端 






 05 用热风枪小心将三根线剥离开,一定不要伤了漆包线的绝缘漆 






 05b 分好的样子 








 06 再加两根耐热导线和原来的两根导线,分别将分离的四个漆包线头单独引出来,用热缩管绝缘好 






 07 再精心的将两组接线头放回到原来的位置,整个改制完成 






 08 这样原来的两相六线步进电机便成了两相八线步进电机,既可以串联使用,又可以并联使用,非常灵活,关键是要用到并联使用,这样会提高步进电机的性能和转矩 






     下一步就是要注意每相两组线圈并联时的相序,千万不要接错了,在改制完成之前记住每组相序,并联时是两组线圈正正相接作为一相端,负负相接作为另外一个相端接点。串联时,是两组线圈一正一负相联做公共端(即中心抽头),另外两根一正一负分别为电机输入端。我改制的目的就是要并联使用,所以原来的2.9A步进电机变成了4.01A的步进电机,怎么样,值不值.呵呵,测试已经做完,感觉性能有很大提高,特别是高速性能,不过电机发热量有所提高,没测,但是手能摸住,估计在四、五十度吧。等你看了我的测试视频,你就会............/w

 



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  另外,如果你确定电机只使用并联一种方法,就不用改成八线电机,引出8根线。你可以直接在电机里边将相线圈并联好,只引出四根线,就是一个电流提高1.4倍的完完全全的两相四线步进电机,美观方便实用。
 
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