步进电机实验

步进电机实验
注意事项：
1、系统通电后，身体的任何部位不要进入系统运动可达范围之内；
2、实验中，请严格按照实验步骤进行操作，以防发生意外；
3、实验完成后按下“停止”按钮，使电机停止运行，关闭电源；
4、实验中注意用电安全，如遇紧急情况立即拨动电源开关，切断电源。

一、步进电机调速实验
1、实验目的
1.1熟悉步进电机的工作原理；
1.2了解步进电机调速的方法；
1.3 了解目标频率和转速之间的关系；
1.4 掌握步进调速平台的操作方法。

2、实验设备
1、步进电机测试平台一套
3、实验原理
（1）步进的工作原理
步进电机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度（称为“步距角”）一步一步运行的，广泛应用于开环控制。

通过控制步进电机的脉冲频率，可以对电机进行精确调速；控制步进电机的脉冲个数，可以对电机精确定位。

步进电机分三种：永磁式(PM)，反应式(VR)和混合式(HB)。

永磁式步进电机一般为两相，转距和体积较小, 步距角一般为7.5°或15°；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步距角一般为1.5°，但噪声和振动都很大。

混合式步进电机是混合了永磁式和反应式的优点，可分为两相和五相。

两相混合式步进电机步距角一般为1.8°，而五相混合式步进电机步距角一般为0.72°。

混合式步进电机的应用最为广泛，本测试平台使用的步进电机即为步距角为1.8°的两相混合式步进电机。

( 2 ) 步进驱动器的参数及设置
驱动器的细分
步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了，如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也就是说，当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°；而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.18°，这就是细分的基本原理。

细分功能究全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生, 与电机无关。

电流所产生，与电机无关。

驱动器细分功能的优点
步进电机通过驱动器细分后的主要优点为：（1）消除了电机的低频振荡。

低频振荡是步进电机(尤其是反应式其力矩同有j;性, l可一2分是消除e 的1与t二途径; 2)提高了电机的输出转矩_ 。

尤其是対三相反应式电机, 提高电一素J、细分时提12a30-% : 3)提高了电机的分辨率。

山于減小了步距角、提高了多距的均i1度,,,J分辨率'是不li而喻的。

4、实验步骤
1、将步进电机测试平台电源插头连接220V交流电源，打开“电源开关”；
2、电源指示灯亮；触摸屏开机启动；
3、开机后，按下监控主界面的“调速实验”按钮，打开“步进电机调速实验”窗口；
4、通过调节脉冲频率实现步进电机的调速。

5、思考
1、驱动器细分的原理及优点？
2、调节不同的转速值，观察速度曲线的变化？例如当转速从400 r/min变化为200 r/min，
然后又从200 r/min变为400 r/min时，画出步进电机转速曲线的变化。

二、步进电机加载实验
1、实验目的
1.1了解步进电机的输出转矩与电机功率及速度的关系；
1.2掌握加载实验的操作方法。

2、实验设备
1、步进电机测试平台一套
3、实验原理
步进电机的功率与输出力及速度的关系可以表示为：
P=Fv (1)
转矩公式: T=FR，其中F为输出扭力，R为作用半径。

由此，可得：
F=T/R (2)
线速度V=2πKn，n为转速，单位为r/s，将其转化为r/min，则线速度公式为：
v=2πRn/60=πRn/30 (3)
将式(2)、(3)代入式(1)，可得：
P=Fv= (T/ R)*πRn/30=πTn/30
其中，P的单位为W。

T的单位为N·M，n的单位为r/min。

将P的单位转换为KW，则有：
p= 1ooo*πT n/3o
取π=3.1415926，可得：
9549.297* P= Tn
为方使计算,将9549. 297近似为9550，则可得功率、转矩与转速之间的关系式为：
9550*P=Tn
可见，在速度保持恒定时，功率不变，则输出转矩一定。

若转矩增大，则输出功率增大。

本测试-平台的步进电机最大输出转矩为1N·M，因此在外加负载转矩小于或等于1N·M 时，电机的功率，即电流和电压保持不变。

若负载大于1N·M，如果电机无法输出更大的转矩来平衡负载转矩。

这时，电机就会发生堵转。

为防止步进电机发生堵转，本平台将可调节的加载值设置为0~0. 75N·M之间。

3、实验步骤
1、将步进电机测式平合电源插头连接220v交流电源，打开“电源开关“；
2、电源指示灯亮；触摸屏开机启动；
开机完成后，启动多功能电机测试平合软件；
3、按下“加载实验”接钮，打开“步进电机加载实验”窗口；
4、按下“正转”按钮，电机开始正转运行，操作面板“正转”指示灯亮；
5、对系统进行加载；
6、满载时，仔细观察步进电机速度、输出电流、电压的曲线变化及数值变化；
7、反转状态时的加载与正转相同；
8、实验完成后，按下“停止”按钮，使电机停止运行，关闭电源。

5、思考
1、对比满载、空载两种状态下，步进电机输出速度的变化？
2、步进电机的输出转矩与脉冲频率的关系？
三、步进电机测试平台的定位实验
1、实验目的
1.1了解步进电机的定位控制原理；
1.2掌握步进电机测试平台定位实验的操作方法；
2、实验设备
1、步进电机测试平台一套
3、实验原理
通过控制步进电机的脉冲频率，可以对电机进行精确调速；控制步进电机的脉冲个数，可以对电机精确定位。

4、实验步骤
1、将步进电机测式平合电源插头连接220v交流电源，打开“电源开关“；
2、电源指示灯亮；触摸屏开机启动；
3、开机完成后，启动多功能电机测试平合软件；
4、按下“定位实验”接钮，打开“步进电机定位实验”窗口；
5、默认设置细分为32；
6、“PLC发出脉冲数”是需要PLC输出的脉冲个数，在允许的任意范围内输入；
6、“编码器检测脉冲数”为电机运行过程中，编码器检测到的脉冲个数。

正转时该参数作加计数，反转时作减计数。

每次运行前都需将其“初始化”；
7、在“PLC发出脉冲数”输入框点击，例如：在输入框中输入“64000”或者其他参数；
8、按下触摸屏上的“正转”按钮，电机正向气动；
9、脉冲输出完成后，电机停止运行。

10、读取步进电机刻度盘度数，通过对比可验证步进电机的定位控制是否准确。

11、实验完成后，按下“停止按钮”，使电机停止运行，关闭电源。

5、思考
1、步进电机定位原理？
2、步进电机输出角位移与那些因素有关？。