1、 1德国百格拉公司德国百格拉公司 1934 年以来一直致力于步进电机和伺服电机的研究、开发、生产工作。是世界上步进驱动系统行业的领导者。该公司于 1973 年发明了五相混合式步进电机及其驱动器，克服了两相步进电机振动噪音大、只能用于简单应用场合的缺点，因此可胜任更高要求的任务，适合进行微步控制，并逐渐成为世界上许多五相步进电机生产厂家学习的典范。但由于科学技术的不断发展，人们越来越发现五相步进电机的接线和相电流切换技术比较复杂，生产成本又很高，为了追求高效益、低成本，达到最佳的性能价格比，百格拉公司把交流伺服原理应用到步进电机系统中，于 1993 年又推出了性能更加优越的三相混合式步进电机，该
2、步进电机吸取五相电机的优点，与其配套的驱动器采用了交流伺服电机驱动器工作方式，这种电机系统彻底解决了传统步进电机低速爬行、有共振区、噪音大、高速扭矩小、起动频率低和驱动器可靠性差等缺点，因此被称为具有交流伺服电机运行特性的步进电机系统。为满足客户对更大功率、更高动态性能等的要求，百格拉公司开发了全新的交流伺服电机系统。百格拉公司产品完全符合 CE 标准，并率先通过 ISO9001 质量体系认证。百格拉公司的步进电机系统以其可靠性高、性能价格比优越主宰着欧美市场，目前百格拉公司的步进电机系统已占据欧洲市场的 85%，占美国市场的 25%，中国市场的占有率也在急剧的上升。2目 录第一章 驱动器1.
3、1 驱动器概述11.1.1 安全事项1.1.2 驱动器连线注意事项1.1.3 驱动器的特点1.2 驱动器 WD3-00711.2.1 电气参数1.2.2 WD3-007 的主要特点1.2.3 连线及参数设置1.2.4 控制信号接口1.2.5 功能选择1.2.6 功率接口1.2.7 安装1.2.8 故障诊断1.2.9 故障排除1.3 驱动器 WD3-008、WDM3-00811.3.1 电气参数1.3.2 WD3-008、WDM3-008 的主要特点1.3.3 连线及参数设置1.3.4 控制信号接口1.3.5 功能选择1.3.6 功率接口1.3.7 安装1.3.8 故障诊断1.3.9 故障排除1
4、.4 驱动器 D9211.4.1 电气参数1.4.2 D921 的主要特点1.4.3 连线及参数设置1.4.4 控制信号接口1.4.5 功能选择1.4.6 功率接口1.4.7 状态指示1.4.8 安装1.4.9 故障诊断与排除第二章 百格拉公司的三相混合式步进电机2.1 基本概念2.2 特殊的机械结构2.3 先进的步进电机控制理论2.4 三相混合式步进电机的特点2.5 电机参数表2.6 电机安装尺寸2.7 抱闸电机32.8 矩频特性曲线2.9 电机转数与电机相电流的关系2.10 电机温升2.11 采购选型第一章 驱动器百格拉三相混合式步进电机系统采用了与传统的两相和五相混合式步进电机系统截然不
5、同的控制方式，它特有的优点使人们重新认识到步进电机在许多应用中可以取代甚至优于交流伺服电机。本说明书具体讲述了步进电机及其驱动器的独特之处和使用方法。安装使用前必须仔细阅读。注：当对驱动器的输入电压、控制信号、制动电容、电机每转步数及输出轴等有特殊要求，或要选配抱闸、行星减速机和编码器时请与供应商联系。1.1 驱动器概述本节讲述所有百格拉步进驱动器的公共特点及要求，必须严格遵守！1.1.1 安全事项1.1.1.1 安全说明驱动器只能由专业技术人员安装和操作。严防意外事故的发生。注意通用电器设备与机械设备的安装与配合。避免电磁干扰。1.1.1.2 注意事项信号电缆和电机电缆必须带屏蔽、分别走线，
6、距离越大抗干扰的效果越好。电机电缆最长为 50 米，50150 米电缆时选用特殊驱动器。信号电缆和电机电缆中多余线一定要剪掉并做绝缘处理。除特殊要求外，输入信号电缆单端屏蔽：上位机端屏蔽接地，驱动器端悬空。电机电缆双端屏蔽，一端接电机外壳，另一端接驱动器 PE 端子。信号电缆电压对地最高不许超过 60VDC。1.1.1.3 危险！驱动器必须在下电三分钟后，才能再次接线、安装和参数设置！严禁带电对电机和驱动器进行任何参数设置和测量！驱动器未接电机前，严禁通电！驱动器的输入电压必须满足要求！通电前，要确保电源电缆、电机电缆、信号电缆连接的正确性！注意：不遵守安全说明和注意事项会降低驱动器的性能，甚
7、至造成损坏，后果由用户自己负责！注意：严禁用户打开驱动器，打开的驱动器将失去保修资格！1.1.2 驱动器连线注意事项41.1.2.1 接地上位机（如 PLC、CNC 等） ，电机和驱动器的壳体必须用横截面大于 4 平方毫米的铜线与机器接地，地线必须在驱动器 PE 端子上拧紧，另一端固定在开关柜壳体地线上。地线连接处不能有锈、漆、油，要大面积接触，确保良好的导电性。所有接地线均采用星形接法（通过一个公共接地点接地） 。1.1.2.2 安装环境驱动器要安装在开关柜中（壁挂式） 。其周围要有 20mm 的空间，不能放在其它发热设备旁。要避免粉尘、油物、腐蚀性气体、湿度太大及强震动场合。当粉尘中含导电
8、物质时（如车削铸件） ，整个电箱要密封，严防粉尘侵入驱动器！未满足环境要求而造成驱动器损坏，用户自己负责！1.1.2.3 控制信号上位机控制信号为 5V 时可以直接输入到驱动器。控制信号为 12V 时要串联一个 680 欧姆的限流电阻。控制信号为 24V 时要串联一个 1.8K 欧姆的限流电阻。注意：最好采用推拉式控制信号，这样噪声更小。1.1.3 驱动器的特点驱动器的种类很多，这里主要介绍常用的三种型号：D921、WD3-007、WD3-008，其共同特点如下：交流伺服工作原理，交流伺服运行特性，三相正弦电流驱动输出。高速启动电机（空载突跳速度达 4.7 至 6.3 转/秒） 。高电压、小电
9、流驱动，电流随转速增高而变大、增大高速扭矩、减小电机发热。电路板采取三防处理，有过压、欠压、过流、相间短路、过热保护功能。十细分和半流功能。输出相电流可设置（满足不同电机要求） 。WD3-007 具有相位记忆功能，电机上下电时，输出轴位置不变，给工作带来很大方便。可设定为两相和五相电机步/转，替代两相和五相电机。定位精度更高，在 10000 步/转时每步都能精确运动和定位，而且输出扭矩不下降。电机和驱动器间仅用 3 根线，同交流异步电机一样，减少连线出错的可能性。驱动器与上位机间连线简单，都是三根线，可高电平或低电平有效。低速无爬行、噪音小、几乎无共振、低速性能可与高档伺服的性能相媲美。高速扭
10、矩提高近 40%，最高转速为 3600 转/分，几乎无共振区。比同样尺寸的反应式步进电机所产生的功率大 20%左右。电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关。1.2 驱动器 WD3-007该驱动器主要驱动 2Nm 12Nm 三相混合式步进电机，输入电压 220VAC，控制信号电压 5VDC，与百格拉电机配套性能最佳。1.2.1 电气参数输入电压 单相 220V 输入（-30%+20%） ；频率：4566Hz输入电流 小于 2.5 安培5输出电压 3325VAC输出电流 0.662.5A功 耗 功耗：80W； 内部保险：6.3A温 度 工作温度小于 50；存放温度-4070湿 度 不能结
11、露，不能有水珠气 体 禁止有可燃气体和大量导电灰尘1.2.2 WD3-007 的主要特点交流伺服工作原理，交流伺服运行特性，三相正弦电流驱动输出。只要环境温度不超过 55，驱动器就可以正常工作。电路板采取三防处理，有过热、过压、欠压、过流及电机相间短路保护功能。驱动器的输入电源是 220VAC，变化范围是：-30%+20%。电机和驱动器间仅用 3 根线，同交流异步电机一样，减少连线出错的可能性。几乎无共振和爬行，输出相电流可设置，带有十细分和半流功能特性，噪声几乎与交流伺服电机一样。比同样尺寸的反应式步进电机所产生的功率大 20%左右。电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关。电机每转
12、步数可依用户要求分别设定为 500、1000、5000、10000 步/转。由于驱动器采用了正弦电流驱动，使电机的空载启动频率高达 4.3 至 5.3KHz。电机上下电时，输出轴位置不变，给工作带来很大方便。1.2.3 连线及参数设置PULSE/CW+-DIRTAYEMPFLOT.CURS12DY+-VWPELN307信 号 接 口 ： PULSE+电 机 输 入 控 制 脉 冲 信 号 ；DIR电 机 转 动 方 向 控 制 信 号 ；T复 位 信 号 ， 用 于 封 锁 输 入 信 号 ；AY报 警 信 号 ；-、 、 和 D短 接 为 公 共 地 ；状 态 指 示 ： 灯 亮 表 示 驱
13、 动 器 正 常 工 作 ；M灯 亮 表 示 驱 动 器 超 温 ；FL灯 亮 表 示 驱 动 器 故 障 ；功 能 选 择 ： O.CUR设 置 电 机 相 电 流 ；SEP1、 2设 置 电 机 每 转 的 步 数 ；Y可 设 置 成 “脉 冲 和 方 向 ”控 制 方 式 ；也 可 设 置 成 正 转 和 反 转 控 制 方 式 ；D用 于 设 置 半 流 功 能 ；功 率 接 口 ： +和 -接 制 动 电 容 （ 用 户 使 用 时 请 与 代 理 商 联 系 ） ；、 V、 W接 电 机 动 力 线 ， 是 地 ；L、 N接 供 电 电 源 ；图 1：WD3-007 面板图1.2.
14、4 控制信号接口61.2.4.1 控制信号定义PULSE： 脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。DIR： 方向信号输入端，如“DIR”为低电平，电机按顺时针方向旋转；“DIR”为高电平电机按逆时针方向旋转。CW： 正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。CCW： 反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。RESET： 复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作用，如果复位信号为高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。READDY: 输入报警信号：READY 是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电流是
15、：35VDC，10mAI200mA，电阻性负载。如用该继电器，要把他串联到 CNC 的某输入端。当驱动器正常工作时继电器闭合，外部 24VDC通过继电器输入到 CNC 输入端，否则外部 24VDC 无法输入到 CNC 输入端。注意：PULSE+与 CW+，PULSE-与 CW-，DIR-与 CCW-对应同一个接线口，按控制方式不同给出的两种定义名称。下面为脉冲、方向信号时序图： 3AB3AsteprightlfPULES：DIR： 221脉 宽 定 义 ： 脉 宽 和 脉 冲 间 隔 2.5us；占 空 比 ： 可 选 用 任 意 占 空 比 的 脉 冲 ；输 入 信 号 ： 采 用 光 耦
16、隔 离 ；切 换 时 间 ： 转 动 方 向 的 切 换 时 间 0；1-Hold me.5usp0-Mnm widh.5u3Ba图 2：脉冲和方向信号时序图1.2.4.2 控制信号连接上位机的控制信号可以高电平有效，也可以低电平有效。当高有效时，把所有控制信号的负端连在一起作为信号地，低有效时，把所有控制信号的正端连在一起作为信号公共端。 注意：公共端不能与大地（壳体）接到一起。“PULSE.SYS”为控制方式选择开关（见图 1） ，两种状态对应两种控制方式。下表中列出了控制信号高有效和低有效时的接线方式PULSE.SYS 控制方式 高电平有效接线 低电平有效接线ON 正转和反转PULSE+
17、接正转信号DIR+接反转信号PULSE-与 DIR-短接为信号地PULSE-接正转信号DIR-接反转信号PULSE+与 DIR+短接为公共端OFF 脉冲和方向PULSE+接脉冲信号DIR+接方向信号PULSE-与 DIR-短接为信号地PULSE-接脉冲信号DIR-接方向信号PULSE+与 DIR+短接为公共端71.2.4.3 控制信号要求输入信号：输入信号采用光藕输入，输入内阻是 150 欧姆，脉宽2.5s电压控制：2.5V高电平5.25V 之间， -5.25V低电平0.4V， Imax=30mA. 电流控制：7mA高电流25mA， -25mA低电流0.2mA，Umax=5.25V。1.2.5
18、 功能选择（用驱动器面板上的拨码开关实现，开关位置见图 1）MOT.CURR：设置输出相电流为了驱动一台不同扭矩的步进电机，可用旋转拨段开关来设置驱动器的输出电流（有效值） ，各开关位置对应的输出电流有效值如下表。位置 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F电流 0.9 1.0 1.1 1.3 1.4 1.5 1.6 1.8 1.9 2.0 2.1 2.3 2.4 2.5STEP1、STEP2：设置电机每转步数驱动器 WD3-007 可将电机的步数分别设置为 500、1000、5000、10000 步。用户可以通过驱动器正面板上的两个拨码开关 STEP1、STEP2 设置电机的
19、步数如下表：STEP1 状态 OFF ON OFF ONSTEP2 状态 OFF OFF ON ON步数/转 500 1000 5000 10000CURR.RED：设定半流功能半流功能是指电机带电静止 100ms 后，驱动器输出电流降为额定输出电流的 60%，用来防止电机发热。当拨码开关 CURR.RED 设置为“OFF”时，有半流功能；当设置成“ON”时，无半流功能。PULE.SYS：控制方式选择拨码开关（PULSE.SYS）可设置成两种控制方式：当设置成“OFF”时，为“脉冲和方向”控制方式；当设置成“ON”时，为“正转和反转”控制方式。1.2.6 功率接口U、V、W、PE：驱动器和电机
20、间连接电机相间电压是 3325VAC，电机电缆最长为 50 米，电缆横截面不小于 1.5 平方毫米，电缆的屏蔽层一定要与电机的壳体和驱动器壳体连接，驱动器地和电机地与它们各自的壳体是相连的，连接驱动器和电机间的动力线和所有地线均靠螺钉来固定，这些线的两端要用金属套管套好，然后用螺钉固定，要改变电机的转动方向可以通过互换电机的两相接线来实现。下图分别是三根和六根输出线电机的接线图： 驱 动 器电 机 电 机 地 橙 色白 色蓝 色红 色绿 色黄 色 驱 动 器电 机 地电 机 端8图 3：驱动器和电机间的连线图L、N、PE：驱动器电源电源电压是 220VAC 输入时，最大电流是 3A。电源线横截
21、面1.5 平方毫米，尽量短。驱动器的 L 端和 N 端接供电电源，同时要串接一个 6.3A 保险丝。1.2.7 安装驱动器在开关柜中为壁挂式安装，下图是驱动器的外型尺寸，正常工作时其周围要有 20mm 的空间，不能放在其它发热的设备旁，要避免粉尘、油雾、腐蚀性气体，湿度太大及强振动场所。 WD3-075.8124641541图 4 WD3-007 驱动器地脚安装图1.2.8 故障诊断状态灯指示RDY： 绿灯亮，驱动器正常工作。FLT： 红灯亮，电机相间短路时，过压时（大于 410V）和欠压时（小于 200V）亮。TEMP： 红灯亮，驱动器超温报警（散热片温度大于 75） 。1.2.9 故障及排
22、除故 障 原 因 解决措施电源接错 检查电源连线LED 不亮电源电压低 提高电源电压电机连线不断 改正电机连线电机不转，且无保持扭矩 RESET 输入信号起作用 使 RESET 输入不起作用电机不转，但有保持扭矩 无脉冲信号输入 调整脉冲宽度及信号的电平相序接反 互换任意两相连线电机转动方向错误方向信号输入不对 改变方向设定相电流设置过小 正确设置相电流加速度太快 减小加速度值电机堵转 排除机械故障电机扭矩太小驱动器与电机不匹配 换合适的驱动器91.3 驱动器 WD3-008、WDM3-008驱动器 WDM3-008 和驱动器 WD3-008 的电气特性相同。驱动器 WDM3-008 用于驱动
23、两台电机，它由两个完全相同的驱动单元 D950 和一个 325VAC 电源组成，D950 自身无壳体，所以需要配备一个 325VAC 电源，每个 D950 可以驱动一个 12Nm 或一个 16.5Nm 电机。1.3.1 电气参数输入电压 单相 220V 输入（-30%+20%） ；频率：4566Hz输入电流 小于 4.5 安培输出电压 3325VAC输出电流 1.76.8A功 耗 功耗：80W温 度 工作温度小于 50；存放温度-4070湿 度 不能结露，不能有水珠气 体 禁止有可燃气体和大量导电灰尘1.3.2 WD3-008、WDM3-008 的主要特点可依用户要求设定为 200、400、5
24、00、1000、2000、4000、5000、10000 步/转。电机的空载启动速度高达 4.7 转/秒。1.3.3 WD3-008、WDM3-008 连线及设置1-REDGAT/NPH.CU09 OVLW7F8M6YO5SI403信 号 接 口 ： “1”-PULSE+， 脉 冲 控 制 信 号 ； 2DIR， 方 向 控 制 信 号 ；3GATN， 使 能 控 制 信 号 ；8Y， 报 警 信 号 ；功 能 选 择 ： 、 设 置 电 机 每 转 步 数 ；用 于 设 置 半 流 功 能 ；/用 于 设 置 门 使 能 功 能 ；H.C用 于 设 置 输 出 电 流 ；状 态 指 示 ：
25、灯 亮 表 示 驱 动 器 正 常 工 作 ；F灯 亮 表 示 电 机 相 间 短 路 ；EMP灯 亮 表 示 驱 动 器 超 温 ； OVR-L灯 亮 表 示 驱 动 器 超 压 ；WT灯 亮 表 示 驱 动 器 欠 压 ；功 率 接 口 ： U、 、 ： 接 电 机 动 力 线 ；： 接 地 ；注 ： 所 有 输 入 口 均 为 光 藕 输 入， 使 能 控 制 信 号 ；0， 方 向 控 制 信 号 ；5， 报 警 信 号 ；9， 脉 冲 控 制 信 号 ；图 15 WD3-008 面板图1.3.4 控制信号接口1.3.4.1 控制信号定义同 WD3-007。10脉 冲 +方 向使 能脉
26、 冲 -方 向使 能 1234567890输 出 驱 动 器 输 入 信 号 为 光 藕 输 入输 入 电 阻 为 150欧 姆 。图 6 控制信号接口Csteprighlf脉 冲 信 号 ：方 向 信 号 ： BAA:保 持 时 间 25us1001门 信 号 ：读 取 信 号 ： DEF准 备 时 间 C:最 小 脉 宽 2.5usE保 持 时 间 F等 待 时 间 D准 备 时 间 0注 ： 最 高 接 收 脉 冲 频 率 kHz图 7 输入控制信号时序图1.3.4.2 控制信号连接输入信号是光藕输入，输入电阻是 150 欧姆，输入信号是脉冲、方向和使能，输入信号电平可以是5V 或 24
27、V，当用户需要 24V 输入信号的驱动器时要说明，否则全部提供 5V 输入信号的驱动器。输入信号可以高有效或低有效，高有效时，把脉冲-和方向-短接后连到上位机的信号地（0V） ，把脉冲+和方向+分别接到上位机控制信号脉冲+和方向+上，低有效时，把脉冲+和方向+短接后连到上位机的公共信号端（5V） ，把脉冲-和方向-分别接到上位机控制信号脉冲-和方向-上。控制方式 高电平有效接线 低电平有效接线脉冲和方向PULSE+接脉冲信号DIR+接方向信号PULSE-与 DIR-短接为信号地PULSE-接脉冲信号DIR-接方向信号PULSE+与 DIR+短接为公共端1.3.4.3 控制信号要求输入信号：输入信号采用光藕输入，输入内阻是 150 欧姆，脉宽2.5s 电压控制：2.5V高电平5.25V 之间， -5.25V低电平 0.4V Imax=30mA. 电流控制： 7mA高电流25mA， -25mA低电流0.2mA，Umax=5.25V。1.3.5 功能选择STEP：设置电机每转步数使用拨码(DIP)开关来设置步数、半流功能和门/使能功能，按下图中拨码开关 1 和拨码开关 2 设定电机每转的步数：
