步進電機介紹

1、v 第十五天v 步進電機步進步進系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的組成捷梯培訓三菱變頻器培訓課程主講：黃主講：黃 慶慶電話：電話Q:2494754769 請課后進入請課后進入QQ空間日志中有習題空間日志中有習題 如有疑問如有疑問QQ提問提問步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。電機件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，當步進驅動器接當步進驅動器接收到

2、一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度，稱為的角度，稱為“步距角步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。從而達到調速的目的。 步進電機步進電機簡介簡介步進電機步進電機控制器控制器永磁式步進電機永磁式步進電機混合式步進電機混合式

3、步進電機步進電機步進電機類別類別反應式反應式步進電機采用高導磁材料構成齒狀轉子和定子，其結構簡單，生產成本低，步距角可以做的相當小，步進電機采用高導磁材料構成齒狀轉子和定子，其結構簡單，生產成本低，步距角可以做的相當小，但動態(tài)性能相對較差，轉矩較小。但動態(tài)性能相對較差，轉矩較小。市場上基本不用了。市場上基本不用了。 永磁式永磁式步進電機轉子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側配置齒狀定子。用轉子和定子之間的吸引和步進電機轉子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側配置齒狀定子。用轉子和定子之間的吸引和排斥力產生轉動，可實現大轉矩輸出，但噪聲和振動都很大，步距角較大。排斥力產生轉動，可實現大轉矩輸出

4、，但噪聲和振動都很大，步距角較大。 混合式混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。其轉子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。其轉子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結構。步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是性能較好的一類步進電動機，起結構。步距角小，出力大，動態(tài)性能好，是性能較好的一類步進電動機，目前市場上多用此類電機目前市場上多用此類電機?；旌鲜讲竭M電機可以實現非常精確的混合式步進電機可以實現非常精確的0.9小增量步距運動小增量步距運動, 與微步進驅動器配合使用與微步進驅動器配合使用, 更可以實現成更小的細更可以實現成更小的細分步距角度。

5、尤其在低轉速的條件下分步距角度。尤其在低轉速的條件下, 能提供更高精度的位置控制和高扭矩能提供更高精度的位置控制和高扭矩,。配合以直線運動執(zhí)行機構或。配合以直線運動執(zhí)行機構或齒輪箱裝置齒輪箱裝置, 更可以實現更加復雜、精密的線性運動控制要求。更可以實現更加復雜、精密的線性運動控制要求。 永磁式步進電機：一般為兩相，轉矩和體積較??；永磁式步進電機：一般為兩相，轉矩和體積較小； 反應式步進電機：一般為三相，可實現大轉矩輸出；反應式步進電機：一般為三相，可實現大轉矩輸出；市場上基本不用了。市場上基本不用了。 混合式步進電機：是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點的電機，它又分為兩相和五相。這是目前應用最混合

6、式步進電機：是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點的電機，它又分為兩相和五相。這是目前應用最廣泛的一種步進電機。廣泛的一種步進電機。步進電機步進電機的內部構造的內部構造定子定子轉子轉子步進電機步進電機原理原理步進電機步進電機的步距角的步距角1、通電方式：以三相步進電機為例：三相單三拍三相雙三拍三相六拍 三相單三拍：三相單三拍：通電順序是A-B-C-ABACA單三拍運行的突出問題是每次只有一相繞組通電，在轉換過程中，一相繞組斷電，另一相繞 組通電，容易發(fā)生失步；另外，單靠一相繞組通電吸引轉子，穩(wěn)定性不好，容易在平衡位置附近 振蕩，故用得較少。三相雙三拍：三相雙三拍：通電順序是AB-BC-CA-AB雙三拍

7、運行的特點是每次都有兩相繞組通電，而且在轉換過程中始終有一相繞組保持通電狀 態(tài)，因此工作很穩(wěn)定。且步距角與單三拍相同。 三相六拍：三相六拍：通電順序是A-AB-B-BC-C-CA-A六拍運行方式因轉換時始終有一相繞組通電，且步距角較小，故工作穩(wěn)定性好，但電源較復 雜，實際應用較多。步距角計算公式：步距角=360轉子齒數*相數*K整步時K為1，半步時K為230步距角=3604轉子齒數*3相數*115步距角=3604轉子齒數*3相數*2目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為其步距角也

8、不同，一般二相電機的步距角為0.9/1.8、三相的、三相的為為0.6/1.2、五相的為、五相的為0.36/0.72 。什么是細分什么是細分電磁力的大小跟繞組通電電流的大小是相關的。電磁力的大小跟繞組通電電流的大小是相關的。當通電相的電流不馬上到達峰值當通電相的電流不馬上到達峰值, 而斷電相的電流也不而斷電相的電流也不立立 即降為零時即降為零時, 電機內部磁場為上兩相電流共同合成電機內部磁場為上兩相電流共同合成, 而產生的磁場合力而產生的磁場合力, 會使轉子有一個新的平衡位置會使轉子有一個新的平衡位置, 這個新的平衡位置在原步距角的范圍內。也就是說這個新的平衡位置在原步距角的范圍內。也就是說,

9、如果繞組電流的波形不再是一個近似方波如果繞組電流的波形不再是一個近似方波, 而是分而是分成成N 個階梯的近似階梯波個階梯的近似階梯波, 則電流每升或者降一個階梯時則電流每升或者降一個階梯時, 轉子轉動一小步。當轉子按照這個規(guī)律轉過轉子轉動一小步。當轉子按照這個規(guī)律轉過N 小步時小步時, 實際相當于它轉過一個步距角。這種將一個步距角分成若干小步的驅動方法實際相當于它轉過一個步距角。這種將一個步距角分成若干小步的驅動方法, 稱為細分驅動。稱為細分驅動。所謂細分，是步進電機每走一步的脈沖，是用多個呈階梯狀的脈沖組成。如所謂細分，是步進電機每走一步的脈沖，是用多個呈階梯狀的脈沖組成。如8細分，就由細分

10、，就由8個階梯脈個階梯脈沖組成一個步脈沖，即原來一步就轉完的步進角，沖組成一個步脈沖，即原來一步就轉完的步進角，8細分后要分為細分后要分為8小步走。小步走。步進步進驅動器的原理驅動器的原理環(huán)型分配器：接收環(huán)型分配器：接收PLC的脈沖信號，分配給每組線圈，并送至功放單元放大。的脈沖信號，分配給每組線圈，并送至功放單元放大。功率放大：按分配器的要求導通功率開關管，使電機線圈得電。功率放大：按分配器的要求導通功率開關管，使電機線圈得電。步進步進驅動器的設置驅動器的設置電機的速度不同選擇的電機的速度不同選擇的衰減模式不同。高速時衰減模式不同。高速時快衰減、低速時慢衰減?？焖p、低速時慢衰減。高速時慢衰

11、減就會出現高速時慢衰減就會出現震動大、噪音高等問題。震動大、噪音高等問題。低速時選擇快衰減就會低速時選擇快衰減就會導致電機無力嚴重時會導致電機無力嚴重時會出現定位不準。出現定位不準。電流設置：按電機額電流設置：按電機額定電流進行設定定電流進行設定細分設置細分設置:按照控制要按照控制要求進行設定。細分數求進行設定。細分數越大控制精度越高。越大控制精度越高。此外還有此外還有 靜態(tài)半流靜態(tài)半流和和靜態(tài)全流靜態(tài)全流的設置。的設置。 是指在電機靜止時，鎖定轉子的電流的大小。提升類是指在電機靜止時，鎖定轉子的電流的大小。提升類負載通常設定為全流，即停止時流過線圈的電流是額定電流。負載通常設定為全流，即停止

12、時流過線圈的電流是額定電流。步進步進電機主要參數電機主要參數1、步進電機的相數：是指電機內部的線圈組數，最常見的是二相步進電步進電機的相數：是指電機內部的線圈組數，最常見的是二相步進電機。機。常用的還有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，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0.36/0.72 。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器，則相數將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數，就可以改變步距角。相數多電機運行會平穩(wěn)，振動低，速度高轉矩也會變大。比如：2相電機成本低，但在

13、低速時的震動較大，高速時的力矩下降快。5相電機則振動較小，高速性能好，比2相電機的速度高3050%，可在部分場合取代伺服電機2、步距角：不考慮細分。對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移。步距角：不考慮細分。對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移。3、保持轉矩：是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。保持轉矩：是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。這個是步進電機最重要的一個參數，步進電機不按功率劃檔，大家也不按功率選電機，按電機需要的力矩和轉速來選電機。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機

14、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，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。（伺服電機講功率）比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進電機。比如20、28、35、39、42、57、60、86、110、130步進電機”數字指步進電機的法蘭盤尺寸大小，單位是毫米。尺寸越大轉矩越大。4、運行矩頻特性：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系的曲線。電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線。這個曲線特性非常重要?？梢耘卸姍C的速度。5、空載啟動頻率：即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的

15、脈空載啟動頻率：即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率。如果脈沖高于此頻率電機不能正常啟動。沖頻率。如果脈沖高于此頻率電機不能正常啟動。步進電機一般只能在10-100轉下能正常啟動。步進電機步進電機定位實作定位實作硬件要求：硬件要求：步進控制器與步進馬達各一臺。步進控制器與步進馬達各一臺。FX1N PLC一臺。一臺。控制器直流電源一臺?？刂破髦绷麟娫匆慌_。接線圖接線圖程序請參考伺服馬達增量控制程序程序請參考伺服馬達增量控制程序步進電機步進電機與伺服馬達的區(qū)別與伺服馬達的區(qū)別1、控制精度不同。步進電機的相數和拍數越多，細分數越大，它的精確度就越高，伺服電機取塊于自帶的、控制精度不同。步進電

16、機的相數和拍數越多，細分數越大，它的精確度就越高，伺服電機取塊于自帶的編碼器，編碼器的刻度越多，精度就越高。通常伺服精度高于步進。編碼器，編碼器的刻度越多，精度就越高。通常伺服精度高于步進。2、控制方式不同；一個是開環(huán)控制，一個是閉環(huán)控制?？刂品绞讲煌?；一個是開環(huán)控制，一個是閉環(huán)控制。3、低頻特性不同；步進電機在低速時易出現低頻振動現象，當它工作在低速時一般采用阻尼技術或細分技、低頻特性不同；步進電機在低速時易出現低頻振動現象，當它工作在低速時一般采用阻尼技術或細分技術來克服低頻振動現象，伺服電機運轉非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統(tǒng)具有共術來克服低頻振動現象，伺服電機運轉

17、非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能（振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點便），可檢測出機械的共振點便于系統(tǒng)調整。于系統(tǒng)調整。4、矩頻特性不同；步進電機的輸出力矩會隨轉速升高而下降，交流伺服電機為恒力矩輸出，、矩頻特性不同；步進電機的輸出力矩會隨轉速升高而下降，交流伺服電機為恒力矩輸出，5、過載能力不同；步進電機一般不具有過載能力，而交流電機具有較強的過載能力。、過載能力不同；步進電機一般不具有過載能力，而交流電機具有較強的過載能力。6、運行性能不同；

18、步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易丟步或堵轉的現象，停止時轉、運行性能不同；步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖現象，交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內速過高易出現過沖現象，交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。部構成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。7、速度響應性能不同；步進電機從靜止加速到工作轉速需要上百毫秒，而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，、速度響應性能不同；步進電機從靜止加速到工作轉速需要上百毫秒，而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，一般只需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。一般只需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。 綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機，但是價格比就不一樣了。綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步