ARCUS阿卡斯步進電機DMX-J-SA-17-3步進電機

　　ARCUS步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應用極為廣泛。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動ARCUS步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。

　　介紹

　　ARCUS步進電機又稱為脈沖電機，基于基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，其動作原理是依靠氣隙磁導的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。其原始模型是起源于年至年間。年前后開始以控制為目的的嘗試，應用于氫弧燈的電極輸送機構(gòu)中。這被認為是初的ARCUS步進電機。二十世紀初，在電話自動交換機中廣泛使用了ARCUS步進電機。由于西方資本主義列強爭奪殖民地，ARCUS步進電機在缺乏交流電源的船舶和飛機等獨立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。二十世紀五十年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應用在ARCUS步進電機上，對于數(shù)字化的控制變得更為容易。到了八十年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，ARCUS步進電機的控制方式更加靈活多樣。

　　ARCUS步進電機相對于其它控制用途電機的大區(qū)別是，它接收數(shù)字控制信號電脈沖信號并轉(zhuǎn)化成與之相對應的角位移或直線位移，它本身就是一個完成數(shù)字模式轉(zhuǎn)化的執(zhí)行元件。而且它可開環(huán)位置控制，輸入一個脈沖信號就得到一個規(guī)定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流控制系統(tǒng)相比，其成本明顯減低，幾乎不必進行系統(tǒng)調(diào)整。ARCUS步進電機的角位移量與輸入的脈沖個數(shù)嚴格成正比，而且在時間上與脈沖同步。因而只要控制脈沖的數(shù)量、頻率和電機繞組的相序，即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、速度和方向。

　　ARCUS阿卡斯步進電機DMX-J-SA-17-3主要分類

　　ARCUS步進電機從其結(jié)構(gòu)形式上可分為反應式ARCUS步進電機（Variable Reluctance，VR）、永磁式ARCUS步進電機Permanent Magnet,PM）、混合式ARCUS步進電機（Hybrid Stepping,HS）、單相ARCUS步進電機、平面ARCUS步進電機等多種類型，在我國所采用的ARCUS步進電機中以反應式ARCUS步進電機為主。ARCUS步進電機的運行性能與控制方式有密切的關系，ARCUS步進電機控制系統(tǒng)從其控制方式來看，可以分為以下三類：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)在實際應用中一般歸類于開環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)中。

　　反應式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡單、成本低、步距角小，可達1.2°、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。

　　永磁式：永磁式ARCUS步進電機的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點是動態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機精度差，步矩角大（一般為7.5°或15°）。

　　混合式：混合式ARCUS步進電機綜合了反應式和永磁式的優(yōu)點，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復雜、成本相對較高。

　　按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等系列。受歡迎的是兩相混合式ARCUS步進電機，約占97%以上的*，其原因是性價比高，配上細分驅(qū)動器后效果良好。該種電機的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動器后，步距角減少為0.9°，配上細分驅(qū)動器后其步距角可細分達256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實際控制精度略低。同一ARCUS步進電機可配不同細分的驅(qū)動器以改變精度和效果。

　　ARCUS阿卡斯步進電機DMX-J-SA-17-3選擇方法

　　ARCUS步進電機和驅(qū)動器的選擇方法：

　　判斷需多大力矩：靜扭矩是選擇步

　　進電機的主要參數(shù)之一。負載大時，需采用大力矩電機。力矩指標大時，電機外形也大。

　　判斷電機運轉(zhuǎn)速度：轉(zhuǎn)速要求高時，應選相電流較大、電感較小的電機，以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動器時采用較高供電電壓。

　　選擇電機的安裝規(guī)格：如57、86、110等，主要與力矩要求有關。

　　確定定位精度和振動方面的要求情況：判斷是否需細分，需多少細分。

　　根據(jù)電機的電流、細分和供電電壓選擇驅(qū)動器。

　　ARCUS阿卡斯步進電機DMX-J-SA-17-3工作原理

　　通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制ARCUS步進電機的轉(zhuǎn)動。

　　發(fā)熱原理

　　通常見到的各類電機，內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻，通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標準的直流或正弦波，還會產(chǎn)生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關，這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機的效率。ARCUS步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而ARCUS步進電機普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。

　　ARCUS阿卡斯步進電機DMX-J-SA-17-3特點特性

　　1、一般ARCUS步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。

　　2、ARCUS步進電機外表允許的高溫度。

　　ARCUS步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以ARCUS步進電機外表溫度在攝氏80-90度*正常。

　　3、ARCUS步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

　　當ARCUS步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。

　　4、ARCUS步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。

　　ARCUS步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即ARCUS步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生失步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。

　　步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及ARCUS步進電機本身技術(shù)的提高，ARCUS步進電機將會在更多的領域得到應用。

　　主要特性

　　1、ARCUS步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)，驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，ARCUS步進電機靜止，如果加入適當?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。

　　2、三相ARCUS步進電機的步進角度為7.5度，一圈360度，需要48個脈沖完成。

　　3、ARCUS步進電機具有瞬間啟動和急速停止的*特性。

　　4、改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向。

　　因此，打印機、繪圖儀、機器人等設備都以ARCUS步進電機為動力核心。