什么情況下步進(jìn)電機(jī)需要配合編碼器使用？編碼器如何安裝？

許多Hengstler編碼器客戶詢問在步進(jìn)電機(jī)上是否需要安裝亨士樂編碼器來配合使用。西安德伍拓的技術(shù)人員在這里做簡(jiǎn)單的介紹。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)咨詢德伍拓工程師為您提供詳細(xì)的解決方案。

步進(jìn)電機(jī)的工作原理

當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生矢量磁場(chǎng)。磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子以某個(gè)角度旋轉(zhuǎn)，因此一對(duì)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)的方向與定子磁場(chǎng)的方向一致。定子的矢量磁場(chǎng)以某個(gè)角度旋轉(zhuǎn)時(shí)。轉(zhuǎn)子也會(huì)和這個(gè)磁場(chǎng)以某個(gè)角度旋轉(zhuǎn)。每次輸入電脈沖時(shí)，電機(jī)以一個(gè)角度旋轉(zhuǎn)，前進(jìn)一步。它產(chǎn)生的角位移與輸入脈沖的數(shù)量成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖的頻率成正比。更改繞組接通的順序時(shí)，電機(jī)會(huì)反轉(zhuǎn)。因此，步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)可以通過控制電機(jī)各相繞組的脈沖數(shù)、頻率和導(dǎo)通順序來控制。

我們通常看到的所有類型的電機(jī)，內(nèi)部都有鐵心和繞組線圈。繞組有電阻，通電會(huì)產(chǎn)生損耗。損耗與電阻和電流的平方成正比。這是我們常常稱之為銅損的東西。如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)直流或正弦波，也會(huì)產(chǎn)生諧波損耗，鐵芯有滯后現(xiàn)象。渦流的影響也會(huì)引起交變磁場(chǎng)的損失，其大小與材料、電流、頻率和電壓有關(guān)，稱為鐵的損失。

銅和鐵的損失表現(xiàn)為熱量，影響電機(jī)的效率。步進(jìn)電機(jī)一般追求定位精度和扭矩輸出。效率比較低，電流一般比較大，諧波成分變高。交流的頻率也會(huì)根據(jù)速度而變化，因此步進(jìn)電機(jī)通常有加熱條件和更常見的情況。交流電機(jī)很嚴(yán)重。

Hengstler編碼器用于步進(jìn)電機(jī)需要閉環(huán)時(shí)。除此之外的情況下沒有必要。注：閉環(huán)是指檢測(cè)步進(jìn)電機(jī)的實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度。

3個(gè)步進(jìn)電機(jī)電路圖

電路圖1：



安裝編碼器的目的是防止電機(jī)失去步進(jìn)或其他現(xiàn)象，如何安裝編碼器來實(shí)現(xiàn)此效果？步進(jìn)電機(jī)不能實(shí)時(shí)響應(yīng)，也有加減速功能，所以安裝亨士樂編碼器有點(diǎn)不行。

圖中的RL1到RL4 3是繞組的內(nèi)阻，50Ω電阻是外阻，起到電流限制器的作用，也是改善環(huán)路時(shí)間常數(shù)的組件。D1～D4為自由輪二極管，因此電機(jī)繞組產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)會(huì)被自由輪二極管（D1～D4）衰減，保護(hù)TIP122功率管不受損傷。

200μ將F的電容器與外部的50Ω電阻并聯(lián)連接，可以改善注入步進(jìn)電機(jī)繞組的電流脈沖邊界，改善步進(jìn)電機(jī)的高頻性能。與自由輪二極管串聯(lián)連接的200Ω電阻可縮短環(huán)路放電時(shí)間常數(shù)，使繞組電流脈沖下降沿陡峭，縮短電流衰減時(shí)間。這樣也能提高高頻性能。

電路圖2：



雙極型步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路如圖所示。它使用八個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)兩組相。雙極驅(qū)動(dòng)電路可同時(shí)驅(qū)動(dòng)4線式或6線式步進(jìn)電機(jī)。4線式電機(jī)只能使用雙極驅(qū)動(dòng)電路，但可以大幅降低生產(chǎn)應(yīng)用的成本。雙極型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路的晶體管數(shù)是單極驅(qū)動(dòng)器電路的2倍。通常，下側(cè)的4個(gè)晶體管由微控制器直接驅(qū)動(dòng)，上側(cè)的晶體管需要電路成本高的上表面控制。雙極驅(qū)動(dòng)電路的晶體管只需運(yùn)送電機(jī)電壓就可以了，所以不需要像單極驅(qū)動(dòng)電路那樣的箝位電路。



雖然步進(jìn)電機(jī)不能直接連接到電源頻率AC或直流電源上運(yùn)行，但必須使用由脈沖生成控制單元、功率驅(qū)動(dòng)單元和保護(hù)單元組成的專用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，如圖2所示。圖中虛線分隔的2個(gè)單元可通過微機(jī)控制實(shí)現(xiàn)。驅(qū)動(dòng)單元直接連接到步進(jìn)電機(jī)，也可以理解為步進(jìn)電機(jī)微機(jī)控制器的電源接口。

電路圖3：



圖8是由L297（環(huán)形分配器專用芯片）和L298構(gòu)成的具有恒流斬波功能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

步進(jìn)電機(jī)安裝有編碼器嗎？

步進(jìn)電機(jī)沒有編碼器。如果想在步進(jìn)電機(jī)中安裝編碼器，可以延長步進(jìn)電機(jī)的雙軸，在后軸上安裝編碼器。

步進(jìn)電機(jī)是執(zhí)行元素，編碼器屬于反饋系統(tǒng)。編碼器與步進(jìn)電機(jī)一起使用，其動(dòng)作由PLC控制。根據(jù)原理，PLC向步進(jìn)電機(jī)發(fā)送脈沖命令，驅(qū)動(dòng)器將對(duì)應(yīng)的電流提供給步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行動(dòng)作。編碼器檢測(cè)到步進(jìn)電機(jī)在到達(dá)位置旋轉(zhuǎn)時(shí)，會(huì)向PLC返回信號(hào)，并安裝PLC。反饋信號(hào)停止向步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送脈沖信號(hào)。如果步進(jìn)電機(jī)n沒有電流供給，當(dāng)然會(huì)立即停止動(dòng)作。（伺服電機(jī)就是這樣的裝置）實(shí)際上編碼器將當(dāng)前位置持續(xù)反饋給PLC，PLC將反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較，以調(diào)整轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角。

當(dāng)然要定期停機(jī)嗎？這是停機(jī)后希望的位置嗎？這取決于電機(jī)是否配備了制動(dòng)裝置？當(dāng)然，低速運(yùn)行時(shí)，可以滿足一般的電源精度。

另一種是預(yù)先計(jì)算步進(jìn)電機(jī)供電所需的脈沖數(shù)，當(dāng)使用PLC編程執(zhí)行該數(shù)目的脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)停止，編碼器此時(shí)返回電機(jī)位置，并進(jìn)行半閉環(huán)控制。此外，在高速定位的情況下，PLC程序可設(shè)定電機(jī)，使其在靠近位置時(shí)減速進(jìn)行進(jìn)給，因此可滿足定位精度。

步進(jìn)電機(jī)如何安裝編碼器？

步進(jìn)和編碼有點(diǎn)無味，浪費(fèi)資源。如果步進(jìn)電機(jī)不能實(shí)時(shí)響應(yīng)，則需要加速和減速過程。

示例：使用帶有諧波換能器的東方步進(jìn)電機(jī)。減速比為100:1，步進(jìn)角為0.0072°。安裝編碼器以避免步驟丟失等。方法包括：。

A：原則上，也可以在母螺釘?shù)囊欢税惭b電機(jī)，另一端安裝編碼器。但是，這可能會(huì)受到再生器精度的影響，導(dǎo)致丟失步驟的判斷出現(xiàn)錯(cuò)誤。建議在雙輸出軸電機(jī)上安裝編碼器。如果在電機(jī)背面安裝Hengstler編碼器，則伺服執(zhí)行該操作（無雙輸出軸），除非出于特殊目的或條件使用。通常，只需處理2500行就足夠了，因?yàn)樾袛?shù)太多，所以會(huì)浪費(fèi)。

另外，編碼器的分辨率與步進(jìn)電機(jī)基本相同。如果驅(qū)動(dòng)程序的細(xì)化非常高，只是想檢測(cè)是否存在運(yùn)動(dòng)損耗，編碼器的分辨率必須與細(xì)化前的分辨率相同或略高。

步進(jìn)電機(jī)安裝編碼器的意義

步進(jìn)電機(jī)是一種可以精確控制的設(shè)備，但它是開環(huán)的，需要安裝編碼器才能實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋控制。步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)態(tài)速度控制，可偏離旋轉(zhuǎn)或移動(dòng)的步長和速度進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于此語句，編輯認(rèn)為編碼器必須在第一個(gè)開環(huán)檢查點(diǎn)獲得閉環(huán)反饋。這是因?yàn)榫庉嬜约涸谑褂谩Ｓ捎诓皇遣竭M(jìn)電機(jī)的電機(jī)線連接不好，步進(jìn)電機(jī)可能無法正常工作。第二點(diǎn)，通過控制步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率可以進(jìn)行速度調(diào)整，所以步進(jìn)電機(jī)的速度控制不太需要，我認(rèn)為不需要使用外部返回。

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