步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器知識(shí)講座

1、步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器知識(shí)講座步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器知識(shí)講座 單位：?jiǎn)挝唬豪踪悪C(jī)電技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司 部門(mén)：產(chǎn)品部 主要內(nèi)容主要內(nèi)容一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介二、驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)介三、電機(jī)選型計(jì)算方法四、計(jì)算例題五、雷賽公司步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的命名方法 六、雷賽公司驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品線介紹 七、電機(jī)接線 八、評(píng)判步進(jìn)系統(tǒng)好壞的依據(jù) 九、使用過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題及原因分析十、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題 （FAQ)十一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較十二、驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品測(cè)試對(duì)比一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的歷史步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定義l步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理l步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)l步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)造l步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)l步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介一、步進(jìn)電動(dòng)

2、機(jī)簡(jiǎn)介l步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的歷史：德國(guó)百格拉公司于1973年發(fā)明了五相混合式步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動(dòng)器；1993年又推出了性能更加優(yōu)越的三相混合式步進(jìn)電機(jī)。我國(guó)在80年代以前，一直是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)占統(tǒng)治地位，混合式步進(jìn)電機(jī)是80年代后期才開(kāi)始發(fā)展。l步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定義：是一種專(zhuān)門(mén)用于速度和位置精確控制的特種電機(jī)，它旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（稱(chēng)為步距角）一步一步運(yùn)行的，故稱(chēng)步進(jìn)電機(jī)。3. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理 以單極性電機(jī)為例來(lái)解釋 工作原理4.4. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)座號(hào)：主要有35、39、42、57、86、110等 5. 5. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)造：由轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子鐵芯、永磁體、轉(zhuǎn)軸、滾珠軸承），定子（繞組、定子鐵芯），前后端蓋

3、等組成。最典型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的定子有8個(gè)大齒，40個(gè)小齒，轉(zhuǎn)子有50個(gè)小齒；三相電機(jī)的定子有9個(gè)大齒，45個(gè)小齒，轉(zhuǎn)子有50個(gè)小齒。電動(dòng)機(jī)構(gòu)造圖轉(zhuǎn)軸成平行方向的斷面圖6.6. 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要參數(shù)l步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)：是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有 兩相、三相、五相步進(jìn)電機(jī)。l拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，用m 表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)。l保持轉(zhuǎn)矩：是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子 的力矩。l步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移。l定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩。l失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。l

4、失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)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(dòng)是不能解決的。 l運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與 頻率關(guān)系的曲線 。7.7. 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)l一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步距角的3-5%，且不累積；l步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)； 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降（U=E+L(di/dt)+I*R）矩頻特性曲線 l空載啟動(dòng)頻率：即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈l 沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能l 發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。 l 步進(jìn)電機(jī)的起步速度一般在10100RPM，伺服電機(jī)的起步

5、速度一般在100300RPM。根據(jù)電機(jī)大小和負(fù)載情況而定，大電機(jī)一般對(duì)應(yīng)較低的起步速度。l低頻振動(dòng)特性：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以連續(xù)的步距狀態(tài)邊移動(dòng)邊重復(fù)l 運(yùn)轉(zhuǎn)。其步距狀態(tài)的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生1 步距響應(yīng)。 1 步距響應(yīng)圖電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，克服兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和噪聲方法：通過(guò)改變減速比等機(jī)械傳動(dòng)避開(kāi)共振區(qū)；采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器； 換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)；選用電感較大的電機(jī)換成交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動(dòng)和噪聲，但成本高；采用小電流、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。在電機(jī)軸上加磁性阻尼器；

6、中高頻穩(wěn)定性電機(jī)的固有頻率估算值： 式中：Zr為轉(zhuǎn)子齒數(shù)；Tk為電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩；J為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)貫量JTZfkr210二、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)介二、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)介l 恒流驅(qū)動(dòng)單極性驅(qū)動(dòng)雙極性驅(qū)動(dòng)微步驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)伺服控制導(dǎo)通和截止時(shí)的電機(jī)繞組電流和電壓的關(guān)系電壓和電流與轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 二、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)介二、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)介步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器：是一種能使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的功率放大器，能把控制器發(fā)來(lái)的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以控制脈沖頻率可以精確調(diào)速，控制脈沖數(shù)就可以精確定位。電機(jī)控制原理圖l 恒流驅(qū)動(dòng)恒流控制的基本思想是通過(guò)控制主電路中MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間，即調(diào)節(jié)MOSFE

7、T觸發(fā)信號(hào)的脈沖寬度，來(lái)達(dá)到控制輸出驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)而控制電機(jī)繞組電流的目的。 H橋恒頻斬波恒相流驅(qū)動(dòng)電路原理框圖 電流PWM細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路示意圖 單極性驅(qū)動(dòng)單極性驅(qū)動(dòng)原理圖雙極性驅(qū)動(dòng)雙極性驅(qū)動(dòng)原理圖微步驅(qū)動(dòng) 微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)是一種電流波形控制技術(shù)。其基本思想是控制每相繞組電流的波形，使其階梯上升或下降，即在0和最大值之間給出多個(gè)穩(wěn)定的中間狀態(tài)，定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中也就有了多個(gè)穩(wěn)定的中間狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的步數(shù)增多、步距角減小。采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)可以大大提高步進(jìn)電機(jī)的步矩分辨率，減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，避免低頻共振及降低運(yùn)行噪聲 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微步驅(qū)動(dòng)電路基本結(jié)構(gòu)框圖 步距角：控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)

8、動(dòng)的角度。V：電機(jī)轉(zhuǎn)速（R/S）；P：脈沖頻率（Hz）；e：電機(jī)固有步距角； 實(shí)用公式：轉(zhuǎn)速(r/s）=脈沖頻率 /（電機(jī)每轉(zhuǎn)整步數(shù)*細(xì)分?jǐn)?shù)） mPsrVe360)/(m：細(xì)分?jǐn)?shù)（整步為1，半步為2）電機(jī)固有步距角 所用驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型及工作狀態(tài) 電機(jī)運(yùn)行時(shí)的真正步距角 0.9/1.8 驅(qū)動(dòng)器工作在半步狀態(tài) 0.9 0.9/1.8驅(qū)動(dòng)器工作在5細(xì)分狀態(tài) 0.36 0.9/1.8驅(qū)動(dòng)器工作在10細(xì)分狀態(tài) 0.18 0.9/1.8驅(qū)動(dòng)器工作在20細(xì)分狀態(tài) 0.09 0.9/1.8驅(qū)動(dòng)器工作在40細(xì)分狀態(tài) 0.045 電機(jī)繞組電流波形分析步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的閉環(huán)伺服控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矢量控制位置伺服系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)硬

9、件結(jié)構(gòu)原理圖 6、導(dǎo)通和截止時(shí)的電機(jī)繞組電流和電壓的關(guān)系當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)有： EdtdiLRiU11當(dāng)T截止時(shí)有：EdtdiLi220電壓和電流與轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 l步進(jìn)電機(jī)一定時(shí)，供給驅(qū)動(dòng)器的電壓值對(duì)電機(jī)性能影響大， 電壓越高，步進(jìn)電機(jī)能產(chǎn)生的力矩越大，越有利于需要高速應(yīng) 用的場(chǎng)合，但電機(jī)的發(fā)熱隨著電壓、電流的增加而加大，所以 要注意電機(jī)的溫度不能超過(guò)最大限值。 l一個(gè)可供參考的經(jīng)驗(yàn)值：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入電壓一般設(shè)定在步進(jìn)步進(jìn)電機(jī)額定電壓的電機(jī)額定電壓的325325倍倍。建議：57機(jī)座電機(jī)采用直流24V-48V，86機(jī)座電機(jī)采用直流36-70V,110機(jī)座電機(jī)采用高于直流80V。l對(duì)變壓器降壓，

10、然后整流、濾波得到的直流電源，其濾波電 容的容量可按以下工程經(jīng)驗(yàn)公式選取：C=C=（8000 X I8000 X I）/ V/ V（uF） I為繞組電流（A）；V為直流電源電壓（V）三、電機(jī)選型計(jì)算方法三、電機(jī)選型計(jì)算方法電機(jī)最大速度選擇電機(jī)定位精度的選擇1. 電機(jī)力矩選擇三、電機(jī)選型計(jì)算方法選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟： l電機(jī)最大速度選擇 步進(jìn)電機(jī)最大速度一般在6001200 rpm。交流伺服電機(jī)額定速度一般在3000 rpm，最大轉(zhuǎn)速為5000rpm。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)要根據(jù)此參數(shù)設(shè)計(jì)。 2. 電機(jī)定位精度的選擇 機(jī)械傳動(dòng)比確定后，可根據(jù)控制系統(tǒng)的定位精度選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角及驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分等級(jí)。

11、一般選電機(jī)的一個(gè)步距角對(duì)應(yīng)于系統(tǒng)定位精度的1/2 或更小。注意：當(dāng)細(xì)分等級(jí)大于1/4后，步距角的精度不能保證。伺服電機(jī)編碼器的分辨率選擇：分辨率要比定位精度高一個(gè)數(shù)量級(jí)。 3. 電機(jī)力矩選擇 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 式中：dV為體積元，為物體密度，r為體積元

12、與轉(zhuǎn)軸的距離。單位：kgm2dVrJ2將負(fù)載質(zhì)量換算到電機(jī)輸出軸上轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，常見(jiàn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與公式如下：加速度計(jì)算控制系統(tǒng)要定位準(zhǔn)確，物體運(yùn)動(dòng)必須有加減速過(guò)程，如右圖所示。已知加速時(shí)間 、最大速度Vmax，可得電機(jī)的角加速度： ttmax (rad / s2)電機(jī)力矩計(jì)算 力矩計(jì)算公式為：/ )(LTJT 式中：TL為系統(tǒng)外力折算到電機(jī)上的力矩； 為傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。四、計(jì)算例題（直線運(yùn)動(dòng)）運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 動(dòng)力學(xué)計(jì)算選擇同步帶直徑和步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)m計(jì)算電機(jī)力矩，選擇電機(jī)型號(hào)四、計(jì)算例題（直線運(yùn)動(dòng)）已知：直線平臺(tái)水平往復(fù)運(yùn)動(dòng)，最大行程L400 mm，同步帶傳動(dòng)；往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期為T(mén) 4s；重復(fù)定位誤差 0.0

13、5 mm；平臺(tái)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量M 10 kg，無(wú)外力。求：電機(jī)型號(hào)、同步帶輪直徑、最大細(xì)分?jǐn)?shù)。 平臺(tái)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖運(yùn)動(dòng)學(xué)計(jì)算 平均速度為： 設(shè)加速時(shí)間為0.1 S；(步進(jìn)電機(jī)一般取加速時(shí)間為：0.11秒) (伺服電機(jī)一般取加速時(shí)間為：0.050.5秒) 則加減速時(shí)間共為0.2 S，且加減速過(guò)程的平均速度為最大速度的一 半。 smV/ 2 . 02/4 . 0故有：L 0.2 Vmax / 2 1.8 Vmax 0.4 m得： Vmax 0.4 / （ 0.2 / 2 1.8 ） 0.211 m/s所以，加速度為：2m/s 11.21 .00211.0tV a加速距離：勻速距離：減速距離和加速距離相同， m

14、0106. 01 . 011. 2212122001atVSSm 380. 08 . 1211. 0max2tVSm 0106. 013 SSm 401.0321SSSS動(dòng)力學(xué)計(jì)算 同步帶上需要拉力： F M a + f摩擦力：f M g設(shè)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 0.1 則摩擦力：f 0.1 10 9.8 9.8 N慣性力: F1 M a 10 2.11 21.1 N故：同步帶上要有拉力 F F1+ f 21.19.8 30.9 N 選擇同步帶直徑和步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)m 設(shè)同步帶直徑30 mm周長(zhǎng)為C3.14 3.14 30 94.2 mm 核算定位精度：脈沖當(dāng)量 C / (200 m) C / (200

15、0.05)= 94.2 / (200 0.05) = 9.42 核算最大轉(zhuǎn)速：nmax Vmax/ C 0.211 / (94.2/1000) 2.24 r/s第2級(jí)主動(dòng)輪直徑仍?。? 30 mm；第1級(jí)主動(dòng)輪直徑?。? 25 mm；減速比?。篿 1 ：3；顯然，細(xì)分?jǐn)?shù)太大，最大轉(zhuǎn)速太低。但是，同步帶直徑也不可能小2倍，所以只能增加一級(jí)減速則第1級(jí)從動(dòng)輪直徑為?。?75 mm；電機(jī)最大轉(zhuǎn)速為：驅(qū)動(dòng)器細(xì)分?jǐn)?shù)：故，取4細(xì)分就很合適了。實(shí)際脈沖當(dāng)量： 計(jì)算電機(jī)力矩，選擇電機(jī)型號(hào) 第2級(jí)主動(dòng)輪上的力矩：T2F3 / 2 第1級(jí)主動(dòng)輪上，即電機(jī)軸上的力矩：T1T2 i F 3 / 2 i = 0.155

16、 Nm 由于沒(méi)有考慮同步帶的效率、導(dǎo)軌和滑塊裝配誤差造成的摩擦、同步帶輪的摩擦和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量等因素，同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)在高速時(shí)扭矩要大幅度下降；所以，取安全系數(shù)為3比較保險(xiǎn)。故，電機(jī)力矩To0.155 3 0.465 Nm)/(72. 6/3maxmaxsrCVn14. 3)/05. 0200/(iCmmmimC04. 0)/200/(選57HS09即可，其靜力矩為0.9 Nm。和57HS09類(lèi)似的電機(jī)矩頻特性圖如下： 2細(xì)分（半步）： nmax403 r/min 2687pps 時(shí)，T 50 N cm 0.5 N m五、雷賽公司步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的命名方法五、雷賽公司步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的命名方法六、雷賽公司驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)

17、品線介紹六、雷賽公司驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品線介紹 M系列系列 MD系列系列 ME系列系列 系列概述系列概述 M880/M840/M860/M535 四個(gè)型號(hào)基于IMS技術(shù)。第一代產(chǎn)品，綜合性能較好，成本高。包括兩相和三相產(chǎn)品，兩相有MD556/MD882/MD2278，三相有3MD560/3MD2280，屬第二代產(chǎn)品，低噪聲，成本較M系列低，較ME系列高 低成本系列，包括ME432/M542/ME742/ME872，第二代產(chǎn)品低速平穩(wěn)性低速平穩(wěn)性 中低速噪聲中低速噪聲 高速性能高速性能 電機(jī)電機(jī)/驅(qū)動(dòng)發(fā)熱驅(qū)動(dòng)發(fā)熱 成本成本 備注備注 M415/M420/MA335B/M325為小驅(qū)動(dòng)器，性能與M系列接近，

18、適合24V左右的應(yīng)用，成本較低。七、電機(jī)接線方法七、電機(jī)接線方法步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線方法步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線方法光電隔離原件作用：電氣隔離、抗干擾共陽(yáng)極接法、共陰極接法和差分方式接法共陽(yáng)極接法共陰極接法差分方式典型接線方法4 4、6 6和和8 8線電機(jī)接線方法線電機(jī)接線方法 四線電機(jī)和六線電機(jī)高速度模式：輸出電流設(shè)成等于或略小于電機(jī)額定電流值； 六線電機(jī)高力矩模式：輸出電流設(shè)成電機(jī)額定電流的0.7倍； 八線電機(jī)并聯(lián)接法：輸出電流應(yīng)設(shè)成電機(jī)單極性接法電流的1.4倍； 八線電機(jī)串聯(lián)接法：輸出電流應(yīng)設(shè)成電機(jī)單極性接法電流的0.7倍 。八、評(píng)判步進(jìn)系統(tǒng)好壞的依據(jù)八、評(píng)判步進(jìn)系統(tǒng)好壞的依據(jù)1）振動(dòng)、噪音（運(yùn)

19、行平穩(wěn)性）； 2）中、高速力矩；3）溫升（發(fā)熱情況）； 4）保護(hù)功能； 5）可靠性九、使用過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題及原因分析 十、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題十、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的常見(jiàn)問(wèn)題 1、什么是步進(jìn)電機(jī)？在何種情況下該使用步進(jìn)電機(jī)？ 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。 您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)調(diào)速的目的。因此在需要準(zhǔn)確定位或調(diào)速控制時(shí)均可考慮使用步進(jìn)電機(jī)。 2、步進(jìn)電機(jī)分哪幾種？有什么區(qū)別？ 步

20、進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（），反應(yīng)式（）和混合式（） 永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度； 反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家年代已被淘汰。 混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相四相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。 3、什么是保持轉(zhuǎn)矩(HOLDING TORQUE）？ 保持轉(zhuǎn)矩（)是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。保持轉(zhuǎn)矩越大則電機(jī)帶負(fù)載能力越

21、強(qiáng)。由于步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。 4、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有幾種？ 一般來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)有恒壓，恒流驅(qū)動(dòng)兩種，恒壓驅(qū)動(dòng)已近淘汰，目前普遍使用恒流驅(qū)動(dòng)。 5、步進(jìn)電機(jī)精度為多少？是否累積？ 一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%。步進(jìn)電機(jī)單步的偏差并不會(huì)影響到下一步的精度因此步進(jìn)電機(jī)精度不累積。 6、步進(jìn)電機(jī)的外表溫度允許達(dá)到多少？ 步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降甚至于丟失。因此電機(jī)外表允

22、許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)說(shuō)，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏度以上，因此步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏度完全正常。7、為什么步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而下降？ 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)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(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲? 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電

23、機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?。我們建議空載啟動(dòng)頻率選定為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)的倍。 9、如何克服兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和噪聲？ 步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，一般可采用以下方案來(lái)克服： A、如步進(jìn)電機(jī)正好工作在共振區(qū)，可通過(guò)改變減速比提高步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度。 、采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，這是最常用的，最簡(jiǎn)便的方法。因?yàn)榧?xì)分型驅(qū)動(dòng)器電機(jī)的相電流變流較半步型平緩。 、換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)，或兩相細(xì)分型步進(jìn)電機(jī)。 、換成直流或交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動(dòng)

24、和噪聲，但成本較高。 、在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，市場(chǎng)上已有這種產(chǎn)品，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。10、細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)是否能代表精度？ 步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請(qǐng)參考有關(guān)文獻(xiàn)），其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。比如對(duì)于步進(jìn)角為1.8度的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為，那么電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)分辨率為每個(gè)脈沖0.45度，電機(jī)的精度能否達(dá)到或接近0.45度，還取決于細(xì)分驅(qū)動(dòng)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(dòng)器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。 11、四相驅(qū)動(dòng)合式步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法

25、有什么區(qū)別？ 四相混合式步進(jìn)電機(jī)一般由兩相驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)，因此，連接時(shí)可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機(jī)接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速較的場(chǎng)合使用。此時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)器輸出電流為電機(jī)相電流的0.7倍，因而電機(jī)發(fā)熱?。徊⒙?lián)接法一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合使用（又稱(chēng)高速接法），所需要的驅(qū)動(dòng)器輸出電流為電機(jī)相電流的1.4倍，因而電機(jī)發(fā)熱較大。 12、如何確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直流供電電源？ 、供電電源供電電壓的確定 混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的供電電源電壓一般是一個(gè)較寬的范圍，電源電壓通常根據(jù)電機(jī)的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來(lái)選擇。如果電機(jī)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(guò)驅(qū)動(dòng)器

26、的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動(dòng)器。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較低，則可以考慮電壓選取較低值。 、供電電源輸出電流的確定 供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的輸出相電流來(lái)確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取的1.1-1.3倍；如果采用開(kāi)關(guān)電源，電源電流一般可取的1.5-2.0倍。如果一個(gè)供電源同時(shí)給幾個(gè)驅(qū)動(dòng)器供電，則應(yīng)考慮供電電源的電流應(yīng)適當(dāng)加倍。 13、混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使能信號(hào)na一般在什么情況下使用？ 當(dāng)使能信號(hào)na為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出到電機(jī)的電流被切斷，電機(jī)轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。在有些自動(dòng)化設(shè)備中，如果在驅(qū)動(dòng)器不斷電的情況下要求可以用手動(dòng)直接轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸，就可以將na置低，使電機(jī)脫機(jī)，進(jìn)

27、行手動(dòng)操作或調(diào)節(jié)。手動(dòng)完成后，再將na信號(hào)置高，以繼續(xù)自動(dòng)控制。 14、如何用簡(jiǎn)單的方法調(diào)整兩相步進(jìn)電機(jī)通電后的轉(zhuǎn)動(dòng)方向？ 只需將電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線的+和A-（或者B+和B-)對(duì)調(diào)即可。 十一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較控制精度不同低頻特性不同矩頻特性不同過(guò)載能力不同運(yùn)行性能不同速度響應(yīng)性能不同1. 效率指標(biāo)不同十一、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與交流伺服電動(dòng)機(jī)的性能比較 控制精度不同兩相步進(jìn)電機(jī)步距角為1.8；德國(guó)百格拉公司生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器，可以細(xì)分控制來(lái)實(shí)現(xiàn)步距角為1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了兩相和五相步進(jìn)電機(jī)的步距角。交流伺

28、服電動(dòng)機(jī)的控制精度由電動(dòng)機(jī)后端的編碼器保證。如對(duì)帶標(biāo)準(zhǔn)2500線編碼器的電動(dòng)而言，驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用4倍頻率技術(shù)，則其脈沖當(dāng)量為360/10000=0.036 ；對(duì)于帶17位編碼器的電動(dòng)機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收217 =131072個(gè)脈沖電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為360/131072=0.00274658，是步距角為1.8的步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量的1/655。 低頻特性不同兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。交流伺服電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。矩頻特性不同步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高速是會(huì)急劇下降。交流伺服電動(dòng)機(jī)為恒力矩輸出，即在額定轉(zhuǎn)速（如3

29、000RPM）以?xún)?nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。過(guò)載能力不同步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般不具有過(guò)載能力，而交流伺服電動(dòng)機(jī)有較強(qiáng)的過(guò)載能力，一般最大轉(zhuǎn)矩可為額定轉(zhuǎn)矩的3倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)因?yàn)闆](méi)有這種過(guò)載能力，在選型時(shí)為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)，便出現(xiàn)了力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象。 運(yùn)行性能不同步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制為開(kāi)環(huán)控制，啟動(dòng)頻率過(guò)高或負(fù)載過(guò)大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象；停止時(shí)如轉(zhuǎn)速過(guò)高，易出現(xiàn)過(guò)沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應(yīng)處理好升、降速問(wèn)題。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán)控制，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)丟步或過(guò)沖現(xiàn)象，控制性能更為可靠。速度響應(yīng)性能不同 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)從靜止加速到工作速度（一般為幾百RPM）需要200400ms。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的加速性能較好，從靜止加速到工作速度（如3000RPM），一般僅需幾毫秒，可用于快速啟動(dòng)的控制場(chǎng)合。效率指標(biāo)不同步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的效率比較低，一般60%以下。交流伺服電機(jī)的效率比較高，一般80%以上。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的溫升也比交流伺服電機(jī)的高。 三系列典型驅(qū)動(dòng)器（MD882；M860A；ME872）溫升對(duì)比MD882： 52-26=26K；M860A： 5