脉冲信号与转速的关系

脉冲信号与数字电路高度兼容,用于电机控制信号、发动机转速数据等。本节以电机为例,说明脉冲信号的特性和它们之间的区别。

用于识别或控制电机旋转的脉冲

从广义上讲,脉冲有两种典型的应用:利用输入脉冲测量速度、距离等;通过输出脉冲控制电机和逆变器等系统。这两种类型的应用程序都与“旋转”元素相关。

利用脉冲测量转速

使用脉冲测量电机或类似设备的转速的典型方法包括使用频闪仪测量、使用转速计测量和使用光学仪器测量。

用频闪仪测量

频闪仪是一种仪器,它以特定的间隔重复地发出瞬时产生的光。当用频闪仪以相等的时间间隔照射旋转物体时,如果闪烁和旋转周期相匹配,物体就会停止,即使物体旋转的速度太高,一般情况下无法目测。频闪检测法是利用这种现象获取转速的一种方法,不仅用于发动机和电机转速的测量,而且还用于检测旋转物体上的划痕和芯片等缺陷。

用频闪仪测量

用转速表测量

转速表是用来测量发动机和马达等机器的转速的,并根据读取转速的方式分为机械式和电子式。今天,大多数汽车都装有电动转速表。电动式对点火线圈的点火脉冲进行计数,得到转速。此型号主要用于识别汽车、摩托车的发动机转速。

用转速表测量

用光学仪器测量

该方法是利用发光二极管或类似装置,将红外光照射在具有细缝和细孔的旋转圆盘上,并将通过细缝和细孔的光发送给光电二极管,将机械旋转位移转换为脉冲信号,从而获得旋转速度。除了汽车和航空航天行业外,这种方法也应用于能源行业。

用光学仪器测量

使用脉冲的马达

使用脉冲信号控制驱动的典型系统包括各种类型的电机,如步进电机(脉冲电机)和伺服电机。

步进电机

这是一个电机,它与接收到的脉冲信号的电力同步运行。该电机根据脉冲数和频率控制旋转的角度、速度等。这个电机有一个预先确定的轴旋转角度每一个脉冲(“基本步长角”),并被设计为每一次接收到一个脉冲时旋转这个角度。一个标准的5相型有一个基本的步进角0.72°,这意味着旋转90°125脉冲和360°500脉冲。步进电机的旋转量与脉冲信号的数量成正比,而速度与频率成正比。

脉冲数与阶跃角的关系
脉冲数与阶跃角的关系

伺服电机

这是一种使用自动控制单元“伺服机构”的电机,它以目标的位置、方向等作为控制输入。伺服电机内置旋转检测器,步进电机没有内置旋转检测器,将其检测到的旋转角度和转速反馈给驱动器。电机运行时,将转轴当前位置与目标位置进行比较,使差值为“0”。因此,该电机具有极高的停止精度,通常用于机床和工业机器人。

伺服电机

特征差异

步进电机 伺服电机
优势
  • 当电机停止时,扭矩最大,从而最大限度地增加刚度
  • 结构简单,价格相对低廉
  • 与数字控制电路兼容性好
  • 比步进电机运行平稳
  • 由于旋转检测器的不断反馈,没有步进
  • 即使高速旋转,也能精确操作
  • 停止精度高
缺点
  • 不如伺服电机平稳运行
  • 当脉冲信号过高时,会出现“步出”(非正常旋转)
  • 不擅长提供稳定、高速的旋转
  • 为了实现精确控制,必须保证驱动机构的刚度
  • 由于其机制复杂,价格昂贵

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