【
步進電機知識介紹 】
1.什么是步進電機?
步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
2.步進電機分哪幾種?
步進電機分三種：永磁式步進電機（PM）
，反應(yīng)式步進電機（VR）和混合式步進電機（HB）
永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進電機步進角一般為7.5度
或15度；
反應(yīng)式步進電機一般為三相步進電機，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進電機步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很
大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進電機是指混合了永磁式步進電機和反應(yīng)式步進電機的優(yōu)點。它又分為兩相步進電機和五相步進電機：兩相步進電機步進角一般為1.8度而五相步進電機步進角一般為
0.72度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。
3.什么是保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）?
保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。
4.什么是步進電機DETENT TORQUE?
DETENT TORQUE 是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。
DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；
由于反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。
5.步進電機精度為多少？是否累積?
一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。
6.步進電機的外表溫度允許達(dá)到多少?
步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。
7.為什么步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降?
當(dāng)步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。
8.為什么步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲?
步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。
9.如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn)時的振動和噪聲?
步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：
A.如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機械傳動避開步進電機共振區(qū)；
B.采用帶有細(xì)分功能的步進電機驅(qū)動器，這是最常用的、最簡便的方法；
C.換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；
D.換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高；
E.在步進電機電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機械結(jié)構(gòu)改變較大。
10.細(xì)分步進電機驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)是否能代表精度?
步進電機的細(xì)分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請參考有關(guān)文獻(xiàn)），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8°
的兩相混合式步進電
機，如果細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45°，電機的精度能否達(dá)到或接近0.45°，還取決于細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。
11.四相混合式步進電機與驅(qū)動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別?
四相混合式步進電機一般由兩相步進電機驅(qū)動器來驅(qū)動，因此，連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較的場合使用，此時需要的步進電機驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的0.7倍，因而電機發(fā)熱��；并聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較高的場合使用（又稱高速接法），所需要的步進電機驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的1.4倍，因而電機發(fā)熱較大。
12.如何確定步進步進電機驅(qū)動器的直流供電電源?
A.步進電機驅(qū)動器電壓的確定
混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如IM483的供電
電壓為12～48VDC），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。
B.步進電機驅(qū)動器電流的確定
供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流I來確定。如果采用線性電源，電源電
流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用開關(guān)電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。
13.混合式步進電機驅(qū)動器的脫機信號FREE一般在什么情況下使用?
當(dāng)脫機信號FREE為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。在有些自動化設(shè)備中，如果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動電機軸（手動方式），就可以將FREE信號置低，使電機脫機，進行手動操作或調(diào)節(jié)。手動完成后，再將FREE信號置高，以繼續(xù)自動控制。
14.如果用簡單的方法調(diào)整兩相步進電機通電后的轉(zhuǎn)動方向?
只需將步進電機與步進電機驅(qū)動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調(diào)即可。
15．關(guān)于步進電機驅(qū)動器的細(xì)分原理及一些相關(guān)說明（轉(zhuǎn)載）
在國外，對于步進系統(tǒng)，主要采用混合式步進電機及相應(yīng)的細(xì)分驅(qū)動器。
但在國內(nèi)，廣大用戶對“細(xì)分”還不是特別了解，有的只是認(rèn)為，細(xì)分是為了提高精度，其實不然，細(xì)分主要是改善電機的運行性能，現(xiàn)說明如下：步進電機的細(xì)分控制是由驅(qū)動器精確控制步進電機的相電流來實現(xiàn)的，以二相步進電機為例，假如電機的額定相電流為3A，如果使用常規(guī)驅(qū)動器（如常用的恒流斬波方式）驅(qū)動該電機，電機每運行一步，其繞組內(nèi)的電流將從0突變?yōu)?A或從3A突變到0，相電流的巨大變化，必然會引起電機運行的振動和噪音。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，在10細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動該電機，電機每運行一微步，其繞組內(nèi)的電流變化只有0.3A而不是3A，且電流是以正弦曲線規(guī)律變化，這樣就大大的改善了步進電機的振動和噪音，因此，在性能上的優(yōu)點才是步進電機細(xì)分的真正優(yōu)點。由于細(xì)分步進電機驅(qū)動器要精確控制步進電機的相電流，所以對步進電機驅(qū)動器要有相當(dāng)高的技術(shù)要求和工藝要求，成本亦會較高。注意，國內(nèi)有一些步進電機驅(qū)動器采用“平滑”來取代細(xì)分，有的亦稱為細(xì)分，但這不是真正的細(xì)分，望廣大用戶一
定要分清兩者的本質(zhì)不同：
“平滑”并不精確控制步進電機的相電流，只是把電流的變化率變緩一些，所以“平滑”并不產(chǎn)生微步，而細(xì)分的微步是可以用來精確定位的。
16．步進電機的相電流被平滑后，會引起步進電機力矩的下降，而細(xì)分步進電機控制不但不會引起步進電機力矩的下降，相反，力矩會有所增加。
17.兩相和五相的混合式步進電機的應(yīng)用場合有何不同？
問題解答： 一般來說，兩相步進電機步距角大，高速特性好,但是存在低速振動區(qū)。而五相步進電機步距角小，低速運行平穩(wěn)。所以，在對步進電機的
運轉(zhuǎn)精度要求較高 ，且主要在中低速段（一般低于600轉(zhuǎn)/分） 的場合應(yīng)選用五相步進電機；反之，若追求電機的高速性能，對精度及平穩(wěn)性無太多要求的場合應(yīng)選用成本較低的兩相步進電機。另外，五相步進電機的力矩通常在2NM以上，對小力矩的應(yīng)用，一般采用兩相步進電機，而低速平穩(wěn)性的問題可以通過采用細(xì)分步進電機驅(qū)動器的
方式解決。
附：步進電機動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：
1、步進電機步距角精度：
步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。
2、步進電機失步：
電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。
3、步進電機失調(diào)角：
轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。
4、步進電機最大空載起動頻率：
電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。
5、步進電機最大空載的運行頻率：
電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。
6、步進電機運行矩頻特性：
電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。如下圖所示：
步進電機其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。
步進電機一旦選定，步進電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，步進電機的動態(tài)力矩取決于步進電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，步進電機輸出力矩越大，即步進電機的頻率特性越硬。
其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點為負(fù)載的最大速度點。
要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機。
7、步進電機的共振點：
步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進電機的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），步進電機驅(qū)動電壓越高，步進電機電流越大，負(fù)載越輕，步進電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。
8、步進電機正反轉(zhuǎn)控制：</FONT< p>
當(dāng)步進電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA或()時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DA-CA-BC-AB或()時為反轉(zhuǎn)。
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