步進電機基礎(chǔ)知識PPT課件

1、一、步進電機的應(yīng)用場合 隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。步進電機使用在很多設(shè)備上，如數(shù)控機床、醫(yī)療設(shè)備、紡織印刷、雕刻機、激光打標(biāo)機、激光內(nèi)雕機、電子設(shè)備、剝線機、包裝機械、廣告設(shè)備、貼標(biāo)機、恒速應(yīng)用、機器人、3D打印機等等。第1頁/共24頁 激光雕刻機第2頁/共24頁3D打印機第3頁/共24頁二、步進電機的原理及分類第4頁/共24頁補充1： 什么是單極性和雙極性？1、單極性：不改變繞組電流的方向，只是對幾個繞組依次循環(huán)通電。比如說四相電機，有四個繞組，分別為abcd （1）：AB-BC-CD-DA-AB （2）：A-AB-B-BC-C-CD

2、-DDA(注：AB意為AB兩個繞組同時通電，類似者同)2、雙極性：雙極性不只是對幾個繞組依次循環(huán)通電，而且還要改變繞組的電流的方向。如四線雙極性電機，有兩個繞組A和B，A繞的兩端分別為A1、A2；B繞的兩端分別為B1、B2。運行方式：A1A2-B1B2-A2A1-B2B1-A1A2-第5頁/共24頁補充2 什么是相數(shù)？ 所謂“相數(shù)”，就是線圈組數(shù)。 目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同。N 相步進電機有 N 個繞組。第6頁/共24頁補充3 步距角 電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9/1.8、三相的為0.75/1.5、五相的為0.36/

3、0.72。N 相步進電機有 N 個繞組，這 N 個繞組要均勻地鑲嵌在定子上，因此定子的磁極數(shù)必定是 N 的整數(shù)倍，因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)應(yīng)該是 N 的整數(shù)倍；也就是說：3 相步進電機轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 3 的整數(shù)倍，4 相步進電機轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 4 的整數(shù)倍，5相步進電機轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 5 的整數(shù)倍；如果步進電機的基本步距角為 ，轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)是 M ，步進電機的相數(shù)是 N 則有下述關(guān)系： =360/M 。 M 必然是相數(shù) N 的整數(shù)倍。跟據(jù)以上分析可以看出，基本步距角是不能取任意值的。第7頁/共24頁補充4 其它分類方式 步進電機在構(gòu)造上有三種主要類型1.永磁式步進電機（PM）一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體

4、積較小，步進角一般為 7.5 度 或 15 度。2.反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為 1.5 度，但噪聲和振動都很大。3.混合式步進電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點，它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為 1.8 度而五相步進角一般為 0.72 度。這種步進電機的應(yīng)用最為廣泛。 也是本次例程所選用的步進電機。第8頁/共24頁 步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制器件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，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，稱為“步距角”，

5、它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準(zhǔn)確定位的目的；同時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，從而達到調(diào)速的目的。 步進電機是一種感應(yīng)電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。控制方式第9頁/共24頁第10頁/共24頁三、步進電機驅(qū)動芯片A4988 步進電機驅(qū)動模塊 第11頁/共24頁3.1、簡介 A4988 是一款帶轉(zhuǎn)換器和過流保護的 DMOS 微步驅(qū)動器，該產(chǎn)品可在全、半、1/4、1/8 及1/16步進模

6、式時操作雙極步進電動機，輸出驅(qū)動性能可達 35V及2A 。 轉(zhuǎn)換器是A4988易于實施的關(guān)鍵。只要在“步進”輸入中輸入一個脈沖，即可驅(qū)動電動機產(chǎn)生微步。無須進行相位順序表、高頻率控制行或復(fù)雜的界面編程。A4988 界面非常適合復(fù)雜的微處理器不可用或過載的應(yīng)用。第12頁/共24頁3.2、產(chǎn)品特點1、只有簡單的步進和方向控制接口；2、五個不同的步進模式：全、半、1/4、1/8和1/16；3、可調(diào)電位器可以調(diào)節(jié)最大電流輸出，從而獲得更高的步進率；4、過熱關(guān)閉電路、欠壓鎖定、交叉電流保護；第13頁/共24頁3.3應(yīng)用電路（和 Arduino UNO 的連接圖）第14頁/共24頁 由上圖可以看出：在具體

7、的使用中我們只要控制 STEP 和 DIR就可以了，可以說很是方便；在電源供電方面器件邏輯電壓 VDD 和GND 之間我們接 Arduino 的+5V 電源端，而電機電源 VMOT 和GND之間我們需要接 8-15V（DC）;還有關(guān)于三個模式選擇端 MS1、MS2、MS3 我們?nèi)拷拥匾簿褪侨竭M模式（轉(zhuǎn)一圈要 200 個步進值或一個步進 1.8） ，如果要求更高的精度，我們可以通過選擇其他的模式，比如我們?nèi)绻x擇 1/4 步進模式，那么我們電機轉(zhuǎn)一圈就要送 800 個微步才能完成。我么下面來看看模式選擇與 MS1、MS2、MS3 之間的關(guān)系 。第15頁/共24頁設(shè)置A4988驅(qū)動的步序?qū)φ毡?/p>

8、第16頁/共24頁補充1 細分的基本概念為：步進電機通過細分驅(qū)動器的驅(qū)動，其步距角變小了。如驅(qū)動器工作在 10 細分狀態(tài)時，其步距角只為電機固有步距角的十分之一，也就是：當(dāng)驅(qū)動器工作在不細分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖，電機轉(zhuǎn)動 1.8；而用細分驅(qū)動器工作在 10 細分狀態(tài)時，電機只轉(zhuǎn)動了 0.18。細分功能完全是由驅(qū)動器靠精確控制電機的相電流所產(chǎn)生的，與電機無關(guān)。第17頁/共24頁3.4 程序第18頁/共24頁第19頁/共24頁四、 使用步進電機常見問題1、第一次使用步進電機驅(qū)動器，怎么能盡快調(diào)試到最佳狀態(tài)？ 按照說明和驅(qū)動器上的標(biāo)示，正確接好電源和電機后，把驅(qū)動器調(diào)節(jié)到16細分，

9、把信號的輸出頻率設(shè)置到1000HZ內(nèi)，運行無誤后在慢慢加速（提高頻率）細分等。2、驅(qū)動器工作長時間工作外殼（散熱片）比較熱，正常嗎？ 正常，在常溫下外殼（散熱片）達到80攝氏度不會對性能有影響，長時間大電流工作的話，你也可以通過加裝風(fēng)扇或者散熱片幫助散熱。第20頁/共24頁3、有什么簡單有效的方式確定2相4線步進電機四條線的定義？ 同一相的2根線是相通的，所以我們可以用萬用表檢測。4、步進電機使用時出現(xiàn)振動大，失步（丟步）或者是有聲不轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，為什么？步進電機與普通交流電機有很大的差別，振動大或失步是常見的現(xiàn)象。產(chǎn)生的原因和解決的方法有以下兩點。（1）控制脈沖頻率低速時是否處在共振點上（不同型

10、號的電機共振點不一樣），高速時是否采用梯形或者其他曲線加速。（2）驅(qū)動器 電機低速時，振動或失步，高速時正常；驅(qū)動電壓過高。電機低速時正常，高速時失步；驅(qū)動電壓過低。電機長時間無發(fā)熱現(xiàn)象（電機正常工作時可高達70-80）；驅(qū)動電流小。電機工作時過熱；驅(qū)動電流大。第21頁/共24頁5、為什么步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，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，即步進電機在空載的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)生失步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)該更低。如果要使電機達到高速轉(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）。6、步進電機控制為什么要采用梯形或其他加速方法？ 步進電機起步速度根據(jù)電機不同一般在50-250r/min,如果希望高于此速度運轉(zhuǎn)就必須先用起步以下速度起步，逐漸加速到最高速度，運行一定距離后再逐漸減速至起步速度以下方可停止，否則會出現(xiàn)高速上不去或失步的現(xiàn)象。常見加速方法有分級