步进电机 基础知识

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1、步进电机步进电机 14 问问来源:中国电子技术信息网 ( 日期：2004-04-06 11:07)1.什么是步进电机?步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。2.步进电机分哪几种?步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 15 度；反应式步进一般为三相，可实现大

2、转矩输出，步进角一般为 1.5 度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家 80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。3.什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）?保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说

3、2N.m 的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为 2N.m 的步进电机。4.什么是 DETENT TORQUE?DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有 DETENT TORQUE。5.步进电机精度为多少？是否累积?一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积。6.步进电机的外表温度允许达到多少?步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁

4、点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90 度完全正常。7.为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降?当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。8.为什么步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声?步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。

5、如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。9.如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声?步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服：A.如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共振区；B.采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；C.换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；D.换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高；E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。10.细分驱动器的细分数是否能代表精

6、度?步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为 1.8 的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为 4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲 0.45，电机的精度能否达到或接近 0.45，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。11.四相混合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别?四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联接法

7、一般在电机转速较的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的 0.7 倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的 1.4 倍，因而电机发热较大。12.如何确定步进电机驱动器的直流供电电源?A.电压的确定：混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如IM483 的供电电压为 1248VDC），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。B.电流的确定：供电电源电流一般根据驱动器的输

8、出相电流 I 来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取 I 的 1.11.3 倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取 I 的1.52.0 倍。13.混合式步进电机驱动器的脱机信号 FREE 一般在什么情况下使用?当脱机信号 FREE 为低电平时，驱动器输出到电机的电流被切断，电机转子处于自由状态（脱机状态）。在有些自动化设备中，如果在驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴（手动方式），就可以将 FREE 信号置低，使电机脱机，进行手动操作或调节。手动完成后，再将 FREE 信号置高，以继续自动控制。14.如果用简单的方法调整两相步进电机通电后的转动方向?只需将电机与驱动器接线的 A+和 A-

9、（或者 B+和 B-）对调即可。关于驱动器的细分原理及一些相关说明（转载） 在国外，对于步进系统，主要采用二相混合式步进电机及相应的细分驱动器。 但在国内，广大用户对“细分”还不是特别了解，有的只是认为，细分是为了提高精度，其实不然，细分主要是改善电机的运行性能，现说明如下：步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的，以二相电机为例，假如电机的额定相电流为3A，如果使用常规驱动器（如常用的恒流斩波方式）驱动该电机，电机每运行一步，其绕组内的电流将从 0 突变为 3A 或从 3A 突变到 0，相电流的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音。如果使用细分驱动器，在 10 细分的

10、状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有 0.3A 而不是 3A，且电流是以正弦曲线规律变化，这样就大大的改善了电机的振动和噪音，因此，在性能上的优点才是细分的真正优点。由于细分驱动器要精确控制电机的相电流，所以对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本亦会较高。注意，国内有一些驱动器采用“平滑”来取代细分，有的亦称为细分，但这不是真正的细分，望广大用户一定要分清两者的本质不同：1“平滑”并不精确控制电机的相电流，只是把电流的变化率变缓一些，所以“平滑”并不产生微步，而细分的微步是可以用来精确定位的。2电机的相电流被平滑后，会引起电机力矩的下降，而细分控制不但不会引起电机力

11、矩的下降，相反，力矩会有所增加。步进电机驱动步进电机驱动1) 基本参数误差估计： 极轴偏角 5 度，跟踪 20 分钟，最大偏差角 0.5 度，平均偏离速度=1.5 角秒/秒； 极轴偏角 2 度，跟踪 20 分钟，最大偏差角 0.2 度，平均偏离速度=0.6 角秒/秒。 正常跟踪速度 15 角秒/秒，最大寻星速度 60X=15 度/分2) 蜗轮总减速比 8640，步距角 1.8 度；0.75 角秒/步。从机械角度讲不需要细分.出于通用性的考虑和为了避免共振效应支持半步驱动。3）速度自调整模式：4) 变速过程控制对于恒定力矩，角加速度为常数。对应计数步长均匀增加。初步定为 128 倍速/2 分钟。

12、 （2002-03-31）2002-4-3首次搭建电路试验。6 线步进电机同相线圈串接，总电阻 60 欧姆。电机指标不明，但属于 比较通用的一种。使用 12V 电源恒压驱动方式，实测 25 倍速以内力矩未下降；30 倍速电 机仍然运转但力矩下降。2002-4-5改为使用单线圈驱动。串接电阻下降到 1/2，而电感则下降到 1/4 到 1/3，从而改善了 L/R 值，减少了时间常数。电极转速达到了 50 倍速，在 40 倍速下仍然有足够的力矩输出。使 用半步驱动降低噪音。使用开环 PWM 方式调节电流。步进电机驱动试验步进电机驱动试验对两种步进电机驱动电路的效果进行的试验。1）L298 单片步进电

13、机驱动 IC2）TA8435 单片 8 细分步进电机驱动 IC两种 IC 的外围电路都非常简单，试验线路板见下图：选择了 2 个步进电机作实验。左为 7v/12ohm/phase,3.6deg/step；右为 12v/30ohm/phase,1.8deg/step。2 个电机在不同驱动下的空载启动和达到正常力矩的转速测试结果如下：（正常力矩只是 凭手感，并不准确。）电机IC脉冲频率（Hz）细分数倍速 84358594854空载启动8138851正常力矩4400455空载启动4218453正常力矩2179254空载启动2071252正常力矩1038152振动无力957148无振动937147正常

14、力矩2981843246空载启动1.8deg/step1639241正常力矩84355895874空载启动5474868正常力矩2957474空载启动2705468正常力矩1293265空载启动1244262正常力矩718172空载启动660166正常力矩2981292265空载启动3.6deg/step1171259正常力矩1.什么是步进电机? 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到 一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（及步进 角）。您可以 通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通 过控制脉冲频 率来

15、控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。2.步进电机分哪几种? 步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB） 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 15 度； 反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.5 度，但噪声和 振动都很 大。在欧美等发达国家 80 年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应 式的优点。它 又分为两相和五相：两相步进角一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。 这种步进电机的 应用最为广泛。3.什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）? 保持转矩（HOLDING TORQUE）

16、是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子 的力矩。 它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。 由于步进电 机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所 以保持转矩就 成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说 2N.m 的步进电机，在 没有特殊说明 的情况下是指保持转矩为 2N.m 的步进电机。4.什么是 DETENT TORQUE? DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。 DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解； 由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有 DETENT TORQUE。5.步进电机精度为多少？是否累积? 一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积。6.步进电机的外表温度允许达到多少? 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失 步，因此 电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁 点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上，