在電機(jī)的廣闊領(lǐng)域中，普通電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、伺服電機(jī)、舵機(jī)等都有著獨(dú)特的地位，它們大多屬于直流微電機(jī)，也是我們?cè)谌粘９ぷ骱蜕钪薪?jīng)常接觸到的類型。電動(dòng)機(jī)，這個(gè)被大家熟知的 “馬達(dá)”，是依據(jù)電磁感應(yīng)定律來實(shí)現(xiàn)電磁能變換與傳送的電磁感應(yīng)設(shè)備，在電路中以字母 “M”（舊規(guī)范用 “D”）表示，其關(guān)鍵作用就是產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)扭矩，為各種電器和機(jī)器提供動(dòng)力源，而發(fā)電機(jī)則用字母 “G” 表示。

普通電機(jī)

普通電機(jī)是我們最為熟悉的一類，在電動(dòng)玩具、刮胡刀等眾多設(shè)備中都有它的身影，常見的是直流有刷電機(jī)。這種電機(jī)有其鮮明的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)速往往容易過快且扭力較小。從結(jié)構(gòu)上看，它一般只有兩個(gè)引腳，連接電池正負(fù)極時(shí)電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)電池正負(fù)極反接引腳，電機(jī)則反向轉(zhuǎn)動(dòng)，原理簡(jiǎn)單易懂。就像我們上海上力防爆電機(jī)在分析簡(jiǎn)單動(dòng)力需求場(chǎng)景時(shí)，這種電機(jī)的工作模式就像一個(gè)基礎(chǔ)的機(jī)械驅(qū)動(dòng)單元，能滿足一些對(duì)扭矩和轉(zhuǎn)速要求不高的應(yīng)用，但在復(fù)雜工況下就顯得有些力不從心了。

減速電機(jī)

減速電機(jī)其實(shí)是普通電機(jī)與減速箱的有機(jī)結(jié)合。它通過這種巧妙的設(shè)計(jì)，降低了轉(zhuǎn)速，同時(shí)增加了扭力。這一改進(jìn)極大地拓展了普通電機(jī)的使用范圍。比如在一些需要低轉(zhuǎn)速大扭矩的小型機(jī)械設(shè)備中，減速電機(jī)就能發(fā)揮出很好的作用。我們上海上力防爆電機(jī)在研究電機(jī)應(yīng)用拓展時(shí)，發(fā)現(xiàn)這種組合方式是一種很實(shí)用的工程思路，讓原本功能有限的普通電機(jī)能夠適應(yīng)更多類型的工作場(chǎng)景。

步進(jìn)電機(jī)

概述

步進(jìn)電機(jī)是一種極為特殊且重要的電機(jī)類型，它是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在不超載的情況下，它的轉(zhuǎn)速和停止位置僅僅取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，完全不受負(fù)載變化的影響。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，會(huì)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定角度，即 “步距角”，電機(jī)以這種固定角度逐步旋轉(zhuǎn)。通過控制脈沖個(gè)數(shù)可精準(zhǔn)控制角位移量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位；控制脈沖頻率則能控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度和加速度，達(dá)到調(diào)速目的。在機(jī)電一體化領(lǐng)域，它是關(guān)鍵產(chǎn)品之一。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，其驅(qū)動(dòng)器性能不斷提高，步進(jìn)電機(jī)的需求量也日益增長(zhǎng)。我們上海上力防爆電機(jī)在參與一些自動(dòng)化控制系統(tǒng)項(xiàng)目時(shí)，深刻體會(huì)到步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)控制系統(tǒng)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)于需要高精度定位的應(yīng)用場(chǎng)景，它的價(jià)值不可小覷。

工作原理

步進(jìn)電機(jī)在工業(yè)自動(dòng)化中廣泛應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動(dòng)控制的常用控制電機(jī)。其控制方式分為模擬控制和數(shù)字控制兩類。模擬控制利用模擬電壓、電流等信號(hào)操控電機(jī)運(yùn)動(dòng)，而數(shù)字控制則通過高電平、低電平之類的數(shù)字信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器作為控制步進(jìn)電機(jī)的關(guān)鍵裝置，依據(jù)輸入的控制信號(hào)為電機(jī)提供所需電流和電壓，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速和力矩的控制，并達(dá)到精確的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。這一系列的原理和控制機(jī)制就像一套精密的協(xié)同系統(tǒng)，我們上海上力防爆電機(jī)在研發(fā)相關(guān)技術(shù)時(shí)，深刻認(rèn)識(shí)到每個(gè)環(huán)節(jié)的精確性對(duì)于電機(jī)性能的重要性。

調(diào)試方法

1. 初始化參數(shù)
   在接線前，初始化參數(shù)至關(guān)重要。在控制卡上，要選好控制方式，將 PID 參數(shù)清零，讓控制卡上電時(shí)默認(rèn)使能信號(hào)關(guān)閉，并保存此狀態(tài)，確保再次上電時(shí)不變。在步進(jìn)電機(jī)上，需設(shè)置控制方式、使能由外部控制、編碼器信號(hào)輸出的齒輪比以及控制信號(hào)與電機(jī)轉(zhuǎn)速的比例關(guān)系。例如，一般建議使步進(jìn)電機(jī)工作中的最大設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng) 9V 的控制電壓，像 UIMOTION 這種設(shè)置 1V 電壓對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速且出廠值為 500 的情況，如果電機(jī)只在 1000 轉(zhuǎn)以下工作，可將參數(shù)設(shè)為 111。這就像是為電機(jī)的運(yùn)行設(shè)定一套專屬的規(guī)則，我們上海上力防爆電機(jī)在為客戶提供技術(shù)支持時(shí)，也會(huì)強(qiáng)調(diào)參數(shù)初始化對(duì)于電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要意義。

2. 接線
   控制卡斷電后，連接控制卡與步進(jìn)電機(jī)之間的信號(hào)線，其中控制卡的模擬量輸出線、使能信號(hào)線、步進(jìn)電機(jī)輸出的編碼器信號(hào)線是必須連接的。復(fù)查無(wú)誤后，電機(jī)、控制卡（和 PC）上電。此時(shí)電機(jī)應(yīng)靜止且可輕松用外力轉(zhuǎn)動(dòng)，若不是這樣，需檢查使能信號(hào)的設(shè)置與接線。轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)時(shí)，檢查控制卡能否正確檢測(cè)電機(jī)位置變化，否則要檢查編碼器信號(hào)的接線和設(shè)置。對(duì)于閉環(huán)控制系統(tǒng)，反饋信號(hào)方向的正確性至關(guān)重要，否則可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果，這是整個(gè)調(diào)試過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，就像搭建一座橋梁，每個(gè)連接點(diǎn)都必須穩(wěn)固準(zhǔn)確，我們上海上力防爆電機(jī)在實(shí)際操作中也會(huì)反復(fù)確認(rèn)這些關(guān)鍵步驟。

3. 打開使能信號(hào)測(cè)試 “零漂”
   通過控制卡打開步進(jìn)電機(jī)的使能信號(hào)，電機(jī)應(yīng)以較低速度轉(zhuǎn)動(dòng)，這就是 “零漂” 現(xiàn)象。一般控制卡都有抑制零漂的指令或參數(shù)，使用它們來檢查電機(jī)轉(zhuǎn)速和方向是否可控制。若無(wú)法控制，要檢查模擬量接線及控制方式的參數(shù)設(shè)置，同時(shí)確認(rèn)正數(shù)使電機(jī)正轉(zhuǎn)且編碼器計(jì)數(shù)增加、負(fù)數(shù)使電機(jī)反轉(zhuǎn)且編碼器計(jì)數(shù)減小。不過，如果電機(jī)帶有負(fù)載且行程有限，不建議采用這種方式，因?yàn)檫@可能會(huì)對(duì)電機(jī)和負(fù)載造成不必要的沖擊，我們上海上力防爆電機(jī)在指導(dǎo)用戶調(diào)試時(shí)會(huì)特別提醒這一點(diǎn)。

4. 測(cè)試與抑制零漂
   測(cè)試時(shí)，電壓建議控制在 1V 以下。若電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向不一致，可修改控制卡或電機(jī)上的參數(shù)使其一致。在閉環(huán)控制過程中，零漂會(huì)影響控制效果，所以要使用控制卡或步進(jìn)電機(jī)上的抑制零漂參數(shù)仔細(xì)調(diào)整，使電機(jī)轉(zhuǎn)速趨近于零。由于零漂具有一定隨機(jī)性，不必強(qiáng)求轉(zhuǎn)速絕對(duì)為零。這就像是在調(diào)整一個(gè)精密儀器的平衡，需要耐心和細(xì)致，我們上海上力防爆電機(jī)在處理這類問題時(shí)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

5. 建立閉環(huán)控制
   再次通過控制卡放開步進(jìn)電機(jī)使能信號(hào)，在控制卡上輸入一個(gè)較小比例增益（具體大小需憑經(jīng)驗(yàn)，不放心可輸入允許最小值），然后打開控制卡和步進(jìn)電機(jī)的使能信號(hào)，此時(shí)電機(jī)應(yīng)能大致按照運(yùn)動(dòng)指令動(dòng)作。這一步是讓電機(jī)從簡(jiǎn)單的開環(huán)控制向更精準(zhǔn)的閉環(huán)控制過渡，我們上海上力防爆電機(jī)在優(yōu)化電機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，深知這一環(huán)節(jié)對(duì)于提升電機(jī)性能的關(guān)鍵作用。

6. 調(diào)整閉環(huán)參數(shù)
   最后要細(xì)調(diào)控制參數(shù)，確保電機(jī)按照控制卡指令精確運(yùn)動(dòng)。這部分工作非常依賴經(jīng)驗(yàn)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)自 20 世紀(jì) 80 年代以來發(fā)展迅速，隨著智能化、多功能化趨勢(shì)，其控制和驅(qū)動(dòng)技術(shù)不斷進(jìn)步，而步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)定是實(shí)現(xiàn)良好驅(qū)動(dòng)的關(guān)鍵，只有正確設(shè)置才能發(fā)揮最佳性能。我們上海上力防爆電機(jī)在這方面持續(xù)投入研發(fā)，為客戶提供最優(yōu)化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)解決方案。

舵機(jī)

舵機(jī)主要由外殼、電路板、無(wú)核心馬達(dá)、齒輪與位置檢測(cè)器構(gòu)成。其工作原理是接收機(jī)發(fā)出訊號(hào)給舵機(jī)，經(jīng)電路板上的 IC 判斷轉(zhuǎn)動(dòng)方向，驅(qū)動(dòng)無(wú)核心馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過減速齒輪將動(dòng)力傳至擺臂，同時(shí)位置檢測(cè)器送回訊號(hào)判斷是否到達(dá)定位。這里的位置檢測(cè)器實(shí)際上是可變電阻，舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電阻值改變，通過檢測(cè)電阻值就能知道轉(zhuǎn)動(dòng)角度。舵機(jī)廠商提供的規(guī)格資料通常包括外形尺寸 (mm)、扭力 (kg/cm)、速度 (秒 / 60°)、測(cè)試電壓 (V) 及重量 (g) 等基本信息。扭力單位 kg/cm 體現(xiàn)的是在擺臂長(zhǎng)度 1 公分處能吊起物體的重量，這涉及力臂概念，擺臂越長(zhǎng)，扭力越小。速度單位 sec/60° 表示舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng) 60° 所需時(shí)間。我們上海上力防爆電機(jī)在研究舵機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)，發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)對(duì)于精確選擇和使用舵機(jī)非常關(guān)鍵，比如在一些需要精確角度控制和特定扭矩的機(jī)械臂或轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，舵機(jī)的這些特性就決定了它是否能勝任工作。

變頻電機(jī)與普通電機(jī)的區(qū)別與優(yōu)缺點(diǎn)

區(qū)別

1. 散熱系統(tǒng)
   變頻電機(jī)和普通電機(jī)在散熱系統(tǒng)上存在明顯差別。變頻電機(jī)可在其調(diào)速范圍內(nèi)隨意調(diào)速而不會(huì)損壞，而一般國(guó)產(chǎn)普通電機(jī)大多只能在 AC380V/50HZ 的條件下運(yùn)行，雖然普通電機(jī)能在一定范圍內(nèi)降頻或升頻使用，但范圍過大就會(huì)發(fā)熱甚至燒壞。例如普通風(fēng)機(jī)內(nèi)散熱風(fēng)扇跟風(fēng)機(jī)機(jī)芯用同一條線，變頻風(fēng)機(jī)中二者是分開的，所以普通風(fēng)機(jī)變頻過低時(shí)可能因過熱而燒毀。這就像不同的散熱設(shè)計(jì)決定了它們對(duì)不同工況的適應(yīng)能力，我們上海上力防爆電機(jī)在設(shè)計(jì)和改進(jìn)電機(jī)散熱系統(tǒng)時(shí)，會(huì)充分考慮到這些因素，以提高電機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

2. 絕緣等級(jí)
   變頻電機(jī)由于要承受高頻磁場(chǎng)，其絕緣等級(jí)比普通電機(jī)高。原則上普通電機(jī)不能用變頻器驅(qū)動(dòng)，但在實(shí)際中，為節(jié)約資金，很多需要調(diào)速的場(chǎng)合會(huì)用普通電機(jī)代替變頻電機(jī)，不過普通電機(jī)調(diào)速精度不高，這種情況在風(fēng)機(jī)、水泵的節(jié)能改造中較為常見。在用普通電機(jī)代替變頻電機(jī)時(shí)，要盡量降低變頻器的載波頻率，以減少高頻對(duì)電機(jī)絕緣的損壞。這體現(xiàn)了不同電機(jī)在絕緣性能和應(yīng)用場(chǎng)景適應(yīng)性上的差異，我們上海上力防爆電機(jī)在生產(chǎn)和推薦電機(jī)產(chǎn)品時(shí)，會(huì)根據(jù)用戶實(shí)際的調(diào)速需求和使用環(huán)境來選擇合適的電機(jī)類型，避免因絕緣問題導(dǎo)致電機(jī)故障。

3. 槽絕緣
   變頻電機(jī)加強(qiáng)了槽絕緣，不僅絕緣材料更好，而且槽絕緣的厚度也增加了，以此提高承受高頻電壓的水平。這就像給電機(jī)穿上了更堅(jiān)固的 “絕緣鎧甲”，增強(qiáng)了其在高頻電壓環(huán)境下的耐受性，我們上海上力防爆電機(jī)在制造變頻電機(jī)時(shí)，會(huì)嚴(yán)格把控槽絕緣的質(zhì)量，確保電機(jī)能在復(fù)雜的電氣環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

4. 電磁負(fù)荷
   普通電機(jī)工作點(diǎn)基本在磁飽和拐點(diǎn)，用作變頻時(shí)易飽和，產(chǎn)生較高的激磁電流，而變頻電機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)增大了電磁負(fù)荷，使磁路不易飽和。這是二者在電磁設(shè)計(jì)上的重要區(qū)別，我們上海上力防爆電機(jī)在研發(fā)過程中，針對(duì)不同電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景，優(yōu)化電磁負(fù)荷設(shè)計(jì)，以滿足不同用戶對(duì)于電機(jī)性能的要求。

優(yōu)缺點(diǎn)

1. 普通電機(jī)
   普通電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于發(fā)展時(shí)間長(zhǎng)、技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于維修，價(jià)格親民，功能雖少但故障率低，維修費(fèi)用也少。然而，它的缺點(diǎn)是在變頻過低時(shí)使用可能會(huì)因過熱而燒毀，相比之下，變頻電機(jī)更能適應(yīng)如電壓不穩(wěn)等運(yùn)轉(zhuǎn)中的突發(fā)狀況。我們上海上力防爆電機(jī)在評(píng)估用戶對(duì)成本和穩(wěn)定性的需求時(shí)，會(huì)綜合考慮這些因素，為用戶提供合適的建議。

2. 變頻電機(jī)
   變頻電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是配備了變頻調(diào)速器，且是專門為變頻調(diào)速設(shè)計(jì)的電機(jī)，在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了能適應(yīng)較寬的工作頻率范圍，以減少功耗、提高效率。不過，它也有缺點(diǎn)，增大的電磁負(fù)荷可能導(dǎo)致在某些情況下出現(xiàn)飽和問題，這是在設(shè)計(jì)和使用中需要注意的。我們上海上力防爆電機(jī)在生產(chǎn)變頻電機(jī)時(shí)，會(huì)通過優(yōu)化設(shè)計(jì)盡量減少這些問題對(duì)電機(jī)性能的影響，同時(shí)在產(chǎn)品說明中向用戶詳細(xì)解釋這些特點(diǎn)，幫助用戶更好地使用電機(jī)。