关于步进电机驱动问题

wwg911 发表于 2010-10-22 11:35

一款设计中应用到步进电机，用集成驱动器thb7128，空转能达到1500rpm，带载850rpm，用户又提出速度要求，希望带载达到1500rpm以上。因此选用了几款成品驱动器试验，用同一个电机，同一个电源，同样的电流设置，同样的细分数，同一个加速曲线，空载极限速度各不相同，大多在2000以下，只有一款可以达到4000以上，电机在疯转，因为只有一个电机，所以没有测极限速度。这一款达到4000rpm的驱动器是用分立元件做的，没注意内部是否有升压电路，其他的几款都是用的专用芯片。
因为做过分立元件的驱动电路，摸索了一些经验，认为若想提高空载转速，应该提高供电电压，采用高速开关管，快速续流电路，采用正弦细分、增大电流提高扭矩。
面对这么大的速度差：2000以下和4000以上，不知该如何分析，为什么会这样？
问：1、常规专用步进电机驱动芯片所谓的细分工作在什么模式下？
2、同样成品驱动器，这样大的速度差距，与续流电路电路关系多大？因为没有电路图，只能定性分析。
3、只从驱动器方面考虑，提高步进电机的转速，瓶颈在哪里？

wwg911 发表于 2010-10-22 17:08

太冷清了，请版主帮我转到“技术交流”或“模拟技术”版块吧

w34880593 发表于 2010-10-23 08:08

哈哈，删除了再发一次呗

触觉的爱 发表于 2010-10-31 13:24

zys0001 发表于 2010-11-9 16:02

步进电机速度提高到上千转有意思吗？要上千转的速度，就只能去用伺服电机

wwg911 发表于 2010-11-9 20:22

什么叫有意思没意思？有多少技术都是因为当初的不可能，因为其它技术的发展，不可能变成了可能？
举个例子：70年代流行的液体静压轴承，90年代被滚动轴承取代，在人类的欲望驱动下，随着液压技术的提高，现在液体静压动静压轴承又进入了人类视线。以你的观点，就用滚动轴承吧，干嘛又回头呢？
拿控制电机来说，如果克服了步进电机的瓶颈，为啥不能代替伺服呢？不要以为伺服是完美的，闭环控制必然引入震荡，只是震荡幅度问题，调整时间问题，这些都不是可以和开环媲美的。还有一个成本问题。如果步进电机能实现高速大力矩高精度，为啥非要抱住伺服不放呢？
这是一个人才济济的论坛了，对步进电机的转速极限的研究却近似为0，想知道当前限制其转速提高的瓶颈在哪里都不可得。窥一斑而见全豹，国内真没有搞研究的，大家都在搞应用。
我也不是个研究者，我是要自负盈亏的，只是尽力想把时间挤出来搞点研究。就这个题目而言，试验证明：达到4000转的驱动器运行在1800转时比1500转的驱动器运行于850转，扭矩大多了，这难道也可以说没有意思吗？

wwg911 发表于 2010-11-18 16:09

7128的驱动驱动电机，空载才2000转？估计ＰＣＢ板的线路没处理好
刚刚用客户的板测试了一下，固定8细分的，25Ｖ电压，Ｖｒｅｆ固定2.5Ｖ、采样电阻0.22欧，驱动3Ａ的57电机，用信号发生器输入脉冲，从低频率慢慢调起，最高频率可以到160ＫＨＺ左右，空载测试，折合速度是几千转？
当然，电机不同，速度也不一样:lol触觉的爱发表于 2010-10-31 13:24 https://bbs.21ic.com/images/common/back.gif
用数据说话，我进了你们一个测试板，和上次测过4000转的驱动板（以下简称为A板）比较，同一个电机，同一个信号发生器，都是8细分，电源是24V锂电池，先给7128试验，后给A试验，测试过程中没有充电。
7128测试板：
1、参考电压设为2.5V时，速度步进为2kHz，加到26kHz，电机堵转，速度步进为1k，加到57kHz，电机堵转。
2、参考电压设为2.0V时，速度步进为2kHz，加到28kHz，电机堵转，速度步进为1k，加到62kHz，电机堵转。
A板：
电流设置为2A，速度步进为5kHz，加到115kHz，电机堵转，速度步进为2k，加到188kHz，电机堵转。堵转前的声音，不刺耳，却让我心跳加速，到现在心跳都没平静下来。速度步进为1K，没有试验，心脏受不了了。

wwg911 发表于 2010-11-18 16:12

以上测试都是空载

触觉的爱 发表于 2010-11-19 18:56

加速～
偶也是空载测试的，用信号发生器输出脉冲，手动调节脉冲频率

测试板上的ＶＭ电源端的电解电容比较小，你并个220uF的上去看看有没有效果

能啃5Ｋ的脉冲步进，看来那个分立的性能挺不错的

wwg911 发表于 2010-11-19 21:23

我的电源是17Ah的电池，不是开关电源，测试板上有100uf，再并电解电容没意义了

触觉的爱 发表于 2010-11-20 17:05

也许吧，有时间可以用示波器看看电源端的波形
Vref 设2.5Ｖ，输出电流在2Ａ左右。

wwg911 发表于 2010-12-6 15:04

补充测试数据

更换一个驱动器，还是那个电源，这期间没有充电，也没有大的负载消耗。实测电压在22.5V。电流设置在1.9A，8细分，还是那个电机，这次用热缩管套在转轴上，热缩管开了个大窗口，便于测量转速。
测试结果：速度步进为10kHz，加到110kHz，电机堵转；速度步进为5k，加到150kHz，电机堵转；速度步进为2kHz，加到170kHz，电机堵转。堵转前用光电转速表测量，没有丢转。

触觉的爱 发表于 2010-12-6 17:53

哇，来点视频看看呀，改天偶也弄点视频上来看看
:lol感受一下高速的振撼

wwg911 发表于 2010-12-6 19:09

视频倒是拍了，就是不知咋样发

触觉的爱 发表于 2010-12-8 18:33

发到视频网站上呀，然后转过链接过来

xwj 发表于 2010-12-8 19:11

4000rpm并不是很吓人，但对于混合式步进电机来说确实很夸张了。

实际上，要想步进电机速度快的话，首先要选对电机，不同电机能达到的最高转速是不同的！
应该尽量选择电感足够小的电机，因为步进电机必须得有足够的电流才能有足够的力矩用来加速、克服摩擦阻力，而高速度下影响电流的最大因素还是线圈的感抗。（当然，得选择驱动电流够大的，还得有足够的功率和耐压承受能力，以及好的轴承、工艺）

而对应电感下需要多高的驱动电压才能获得额定电流其实是可以简单估算的：
一般常用的二相永磁混合式步进电机大都是1.8度的，也就是说就算不细分也要200个脉冲才能转一圈，4个整脉冲(整步)为一个电流循环周期，那么电机转一圈线圈中的电流变化50周。

所以要跑到4000rpm的话，线圈中电流频率此时为4000/60*50=3333Hz，这时还要保证2A的额定电流，这就可以估算出需要的大致驱动电压了，自己去计算一下吧

wwg911 发表于 2010-12-8 21:16

19# xwj
谢谢仁兄指点。
不过仁兄这种算法，适用于没有续流回路的电路。加续流回路后，等效阻抗不一样了。
另外在这里目的是比较驱动器，那就只有将其他条件固定，电源，电机，电流，加速曲线都固定，测试的结果才有可比性。现在看来，驱动器对速度的影响还是相当大的，简直不可同日而语。

to：触觉的爱
avi文件，向优酷上传了2次，都是在最后关头提示上传失败，每次都要半个小时以上。太雷人了。

触觉的爱 发表于 2010-12-10 17:44

19# xwj

老大多发点相关帖子呀，让偶等深入学习一下。

触觉的爱 发表于 2010-12-10 17:45

20# wwg911

兄台，优化一下视频呀，太大了，也许上传有难度

123jj 发表于 2011-1-2 09:12

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