步进电机在环保节能方面的改造

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1、步进电机在环保节能方面的改造（常州铁道高等职业技术学校江苏常州213011）张华摘要：步进电机是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动控制系统中。随着大众环保、节能意识的增强，对步进电机在环保节能方面提出了改造的要求。本文作者通过生产实践中的工作总结，对步进电机进行适当的技术改造，使其能满足环保、节能的要求。关键词：步进电机；节能；改造一、步进电机的目前发展情况步进电机作为执行元件,是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展,步进电机的需求量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步

2、进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。步进电机的特点：1.步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电，而是按一定的规律轮流通电。2.每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。3.步进电机可以按特定指令进行角度控制，也可以进行速度控制。角度控制时，每输入

3、一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时，步进电机绕组中送入的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续动转，它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序，即改变定子磁场旋转方向，就可以控制电机正转或是反转。4.步进电机具有自锁能力。当控制脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上，这样，步进电机可以实现停车时转子定位。现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和

4、单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。二、电机在环保节能上的改造随着大众环保、节能意识的增强，近年来，在使用步进电机上也要求在保证步进电机牵入转矩（类同于步进电机的输出力矩）不变时，把步进电机驱动电压由12VDC降

5、低到9.8VDC。这样电机消耗功率将由原来的1.8W降到1.1W，节能效果明显。为了满足要求,我们对电机做了改善,以下简要介绍本次改造的计算与过程。1、现状分析根据现有步进电机内部结构与空间，加强定子产生的磁势，无法达成。因此，必须提高磁钢磁通。2、理论计算参考《步进电动机及其驱动控制系统》附录1查得：取气隙比磁导G0=1.575*10-7H/cmG1=0.552*10-7H/cm视在齿磁密取Bt′=0.75mT转矩系数Cm=10*2π2*(Zs/Zr)*（bt/t）2*(G1*10-8/G02)*Bt′2*kdp2=10*2*3.142*(1/12)*0.52*(0.552*1

6、0-8/1.575*10-7)*0.752*0.712=0.33kg/cm（kdp—磁环叠压系数）负载系数取μ=0.2长径比取λ=0.7定子内径D=3√TN/(μCmλ)=3√(5*2)/(0.2*0.7*85*0.124)=11.0cm取D=10.5cm取转子磁钢外径——10.2mm，转子磁钢内径——9mm，转子磁钢高度——8.8mm磁密可以看成是两个分量的合成，一个是磁势产生的Bt(s)，另一个是磁钢产生的Bt(s)。齿视在磁密为Bt′=Bt(s)+Bt(s)磁钢性能Br=65mT（实测）磁钢面积Sm=π（Dm2—Dmi2）/4=π（10.52—92）/4=22.97mm2所

7、以磁钢面积的磁通为：φr′=Br*Sm=0.1*22.97*10-6=2.3*10-6wb磁钢单独作用时的齿磁密：Bt(r)=φr′/6*Zs*L*bt*kdp=2.3*10-6/6*1*1*0.25*0.71=0.71*10-6wb/cm2=71mT所以通电绕组单独作用时的齿磁密为：Bt(s)=Bt′—Bt(r)=0.75-0.071=0.679T按客户要求，牵入转矩要求≥330Kgf.cm，理论绕组单独作用时的齿磁密必须≥0.8T，反推计算，磁钢性能Br≥77mT。经过现场跟