[发明专利]一种步进电机驱动器电流标定装置及方法

说明书

本发明公开了一种步进电机驱动器电流标定装置及方法，包括步进电机和磁粉制动器，步进电机的输出轴通过联轴器连接至磁粉制动器，步进电机的尾轴上装有用于检测步进电机转角的角位移传感器，步进电机上连接有用于驱动步进电机的步进电机驱动器，且步进电机驱动器与角位移传感器之间连接有控制器，控制器与磁粉制动器之间连接有张力控制器。本发明能够实现阀门步进电机合理驱动电流值的标定，比设定在步进电机额定电流值或凭经验设定更科学。

技术领域

本发明属于机电工程领域，具体涉及一种步进电机驱动器电流标定装置及方法。

背景技术

步进电机是一种按照步距角转动实现精密定位控制的电机，它需要与步进电机驱动器配套使用，然而步进电机在出厂时提供的计数参数仅包括额定转矩及额定电流，额定转矩指的是步进电机在额定电流条件下能够产生的转矩大小。步进电机驱动器有多个电流设定档位，分别对应不同的电流设定值大小，工程人员在选择电流设置定值时往往凭借经验，一般将步进电机驱动器电流设定为与步进电机的额定电流相等，这样，虽然步进电机能在额定电流条件下安全工作，但输出的转矩与额定转矩相等。

但是工程中往往需要将步进电机的驱动转矩设定到额定设计转矩，这一额定设计转矩通常小于步进电机的额定转矩。然而仅掌握步进电机的额定转矩、额定电流，无法知道步进电机驱动器电流设定在何值时能够使步进电机的输出转矩等于额定设计转矩。

这一问题在制浆造纸工业用的高精度定量阀及流浆箱稀释水阀行业上体现的尤为突出。定量阀(阀门机械结构及控制见专利CN200971996Y、CN103090083A)被设计出来以用于纸张的纵向定量控制。流浆箱稀释水阀(阀门机械结构及控制见专利CN20100590897.X、CN201410616320.X、CN201420552085.X、CN201420553135.6、CN201420552373.5)被设计出来用于稀释水水力式流浆箱的横幅定量控制。

定量阀及流浆箱稀释水阀与普通阀门的区别是它采用步进电机驱动，配用专门的步进电机驱动器，步进电机驱动器有多个电流设定档位，用以调节向步进电机输送的驱动电流大小。步进电机的驱动转矩与驱动电流大小相关，驱动电流越大，则驱动力矩越大，但是驱动转矩与驱动电流不是线性比例关系，而且驱动转矩与驱动电流大小的数值对应关系却不被使用者所知。步进电机的规格参数包括额定电流及额定转矩，其中额定转矩与额定电流大小值对应。传统的做法是将步进电机驱动器的驱动电流档位按照步进电机的额定电流值设定，确保步进电机不会超过额定电流工作，保护电机的安全运行。但是这种做法难以与阀门的额定设计转矩匹配，以DN125规格的定量阀为例，其额定设计转矩为250N·m，减速机减速比为200：1，则折合到阀门步进电机上的额定负载转矩为1.25N·m。然而市场上售卖的步进电机的额定转矩规格中没有与阀门额定转矩绝对相等的，因此在设计时一般会选择比额定负载转矩大的步进电机规格。例如下一规格的步进电机额定转矩为2.2N·m，比步进电机的额定负载转矩大得多。若将步进电机驱动器的电流设定为步进电机额定工作电流4.2A，虽然没有超过步进电机的额定工作电流，电机能够正常工作。但是若阀门在工作过程中受到输送介质或颗粒、纤维的阻碍而导致阀芯卡滞而停止转动，然而步进电机仍将输出驱动转矩，这一最大转矩将由步进电机在设定电流下的最大驱动转矩决定，而且事实上这一转矩往往会大于额定转矩一些，这样导致了驱动转矩超过了阀门的额定设计转矩，会造成阀门的机械结构损坏。

若是凭借经验设定步进电机驱动器的设定电流值，通常在阀门制造后，调节步进电机的电流设定档位，使电机能够驱动阀门运转即设定这个值为驱动器驱动电流设定值。这样做虽然在阀门出厂时能够驱动阀门转动，但是阀门在使用一段时间后受到磨损、润滑不良、阀芯沾染污物都会造成阀门实际承受的阻力转矩变大，因此步进电机不再有充足的转矩驱动阀门运行，造成阀门的定位精度下降，甚至阀门卡滞停止运转。

上面提到的两种情况都是阀门驱动的步进电机驱动器电流设定不合理的情况，偏大或偏小均与阀门的额定设计转矩不匹配，导致阀门无法正常工作。