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步進電機在包裝機械中的應用

步進電機的工作原理及使用特點,介紹了步進電機在包裝機械中的幾個應用實例,指出步進電機在包裝機械中具有的廣闊應用前景。
  我國的包裝機械經過近20年的發展,已經取得了長足的進步,但與國外相比,還存在著比較大的差距,差距空間在什么地方呢?我們認為主要在于控制方面。鑒于此,溫州大學的楊福餐和河南科技大學的吳龍奇兩位專家,就他們所從事的研究內容寫成系列文章,希望能對有關業內人士有所啟發。
  一、步進電機工作原理
  步進電機是將給定的電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。
  給定一個電脈沖信號,步進電機轉子就轉過相應的角度,這個角度就稱作該步進電機的步距角。目前常用步進電機的步距角大多為1.8度(俗稱一步)或0.9度(俗稱半步)
。以步距角為0.9度的進步電機來說,當我們給步進電機一個電脈沖信號,步進電機就轉過0.9度;給兩個脈沖信號,步進電機就轉過1.8度。以此類推,連續給定脈沖信號,步進電機就可以連續運轉。由  
于電脈沖信號與步進電機轉角存在的這種線性關系,使得步進電機在速度控制、位置控制等方面得到了廣泛的應用。
  步進電機的使用至少需要三個方面的配合,一是電脈沖信號發生器,它按照給定的設置重復為步進電機輸送電脈沖信號,目前這種信號大多數由可編程控制器或單片機來完成;二是驅動器(信號放大器),它除了對電脈沖信號進行放大、驅動步進電機轉動以外,還可以通過它改善步進電機的使用性能,事實上它在步進電機系統中起著重要的作用,一般一種步進電機可以根據不同的工況具有多種驅動器;三是步進電機,它有多種控制原理和型號,現在常用的有反應式、感應子式、混合式
  步進電機的速度控制是通過輸入的脈沖頻率快慢實現的。當發生脈沖的頻率減小時,步進電機的速度就下降;當頻率增加時,速度就加快。還可以通過頻率的改變而提高步進電機的速度或位置精度。
  步進電機的位置控制是靠給定的脈沖數量控制的。給定一個脈沖,轉過一個步距角,當停止的位置確定以后,也就決定了步進電機需要給定的脈沖數。在包裝機控制中,給定脈沖數的多少,還與機構的參數有關,例如螺桿的直徑等。
  在包裝機械中,很多情況下需要控制執行機構的運行速度和運行位置,以前都是通過機械或其它方式來完成的,機構復雜、調節不易。改用步進電機后,不僅能使包裝機械結構變得簡單、調節方便、可靠性增加,而且粗度會得到很大提高。
  二、步進電機在物料計量方面的應用
  1.粉狀物料的計量
  螺桿計量是常用的容積式計量方式,它是通過螺桿旋轉的圈數多少來達到計量的多少,為了達到計量大小可調和提高計量精度的目的,要求螺桿的轉速可調和位置定位準確,使用步進電機可以同時滿足這兩個方面的要求。
  例如粉劑包裝機的計量采用了步進電機控制螺桿的轉速和轉數,不僅簡化了機械結構,而且使得控制非常方便。在不過載的情況下,步進電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,而不受負載變化的影響,這與電磁離合器控制的螺桿計量相比,具有明顯的精度優勢,更加適合于比重變化比較大的物料計量。
  步進電機與螺桿采用直接連接的方式,結構簡單,維修方便。值得指出的是,如步進電機的過載能力較代,當輕微過載時,就會出現相當大的噪聲。因此,在計量工況確定以后,就要選用較大的過載系數,以保證步進電機平衡工作。
  2.粘稠體物料的計量
  步進電機控制齒輪泵也可以實現精確計量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應用,例如糖漿、豆沙、白酒、油料、番茄醬等的輸送。目前在對這些物料的計量方面大多使用活塞泵,存在著調整困難、結構復雜、不便維修、功耗大、計量不準等缺點。
  齒輪泵計量是靠一對齒輪嚙合轉動計量的,物料通過齒與齒的空間被強制從進料口送到出料口。動力來自步進電機,步進電機轉動的位置及速度由可編程控制器控制,計量精度高于活塞泵的計量精度。

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