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1、步进电机基础知识汪鲁见作于2015年7月24日一、步进电机的应用场合一、步进电机的应用场合随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。步进电机使用在很多设备上，如数控机床、医疗设备、纺织印刷、雕刻机、激光打标机、激光内雕机、电子设备、剥线机、包装机械、广告设备、贴标机、恒速应用、机器人、3D打印机等等。 激光雕刻机激光雕刻机3D3D打印机打印机二、步进电机的原理及分类二、步进电机的原理及分类补充补充1 1： 什么是单极性和双极性？什么是单极性和双极性？1、单极性：不改变绕组电流的方向，只是对几个绕组依次循环通电。比如说四相电机，有四个绕组，分别为abcd
2、 （1）：AB-BC-CD-DA-AB （2）：A-AB-B-BC-C-CD-DDA(注：AB意为AB两个绕组同时通电，类似者同)2、双极性：双极性不只是对几个绕组依次循环通电，而且还要改变绕组的电流的方向。如四线双极性电机，有两个绕组A和B，A绕的两端分别为A1、A2；B绕的两端分别为B1、B2。运行方式：A1A2-B1B2-A2A1-B2B1-A1A2-补充补充2 2 什么是相数？什么是相数？所谓“相数”，就是线圈组数。目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同。N相步进电机有N个绕组。补充补充3 3 步距角步距角电电机机相相数数不不同同，其其步步距距角角也也
3、不不同同，一一般般二二相相电电机机的的步步距距角角为为 0.9/1.80.9/1.8、 三三 相相 的的 为为 0.75/1.50.75/1.5、 五五 相相 的的 为为0.36/0.720.36/0.72。NN相相步步进进电电机机有有NN个个绕绕组组，这这NN个个绕绕组组要要均均匀匀地地镶镶嵌嵌在在定定子子上上，因因此此定定子子的的磁磁极极数数必必定定是是NN的的整整数数倍倍，因因此此，转转子子转转一一圈圈的的步步数数应应该该是是NN的的整整数数倍倍；也也就就是是说说：33相相步步进进电电机机转转一一圈圈的的步步数数是是33的的整整数数倍倍，44相相步步进进电电机机转转一一圈圈的的步步数数是
4、是44的的整整数数倍倍，5 5相相步步进进电电机机转转一一圈圈的的步步数数是是55的的整整数数倍倍；如如果果步步进进电电机机的的基基本本步步距距角角为为，转转一一圈圈的的步步数数是是MM，步步进进电电机机的的相相数数是是NN则则有有下下述述关关系系： =360/=360/MM。 MM必必然然是是相相数数NN的的整整数数倍倍。跟跟据据以以上上分分析析可可以以看看出出，基本步距角是不能取任意值的。基本步距角是不能取任意值的。补充补充4 4 其它分类方式其它分类方式步进电机在构造上有三种主要类型步进电机在构造上有三种主要类型1.1.永永磁磁式式步步进进电电机机（PMPM）一一般般为为两两相相，转转矩
5、矩和和体体积积较较小小，步步进角一般为进角一般为 7.5 7.5 度度 或或 15 15 度。度。2.2.反反应应式式步步进进电电机机一一般般为为三三相相，可可实实现现大大转转矩矩输输出出，步步进进角角一般为一般为 1.5 1.5 度，但噪声和振动都很大。度，但噪声和振动都很大。3.3.混混合合式式步步进进电电机机是是指指混混合合了了永永磁磁式式和和反反应应式式的的优优点点，它它又又分分为为两两相相和和五五相相：两两相相步步进进角角一一般般为为 1.8 1.8 度度而而五五相相步步进进角一般为角一般为 0.72 0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。度。这种步进电机的应用最为广泛。 也是本
6、次例程所选用的步进电机。也是本次例程所选用的步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制器件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，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，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。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。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电
7、机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。控制方式三、步进电机驱动芯片三、步进电机驱动芯片A4988 步进电机驱动模块 3.13.1、简介、简介A4988 是一款带转换器和过流保护的 DMOS 微步驱动器，该产品可在全、半、1/4、1/8 及1/16步进模式时操作双极步进电动机，输出驱动性能可达 35V及2A 。 转换器是A4988易于实施的关键。只要在“步进”输入中输入一个脉冲，即可驱动电动机产生微步。无须进行相位顺序表、高频率控制行或复杂的界面编程。A4988 界面非常适合复杂的微处理器不可用或过载的应用。3.23.2、产品特点、产品特点1、只有简单的步进和方向控制接
8、口；2、五个不同的步进模式：全、半、1/4、1/8和1/16；3、可调电位器可以调节最大电流输出，从而获得更高的步进率；4、过热关闭电路、欠压锁定、交叉电流保护；3.33.3应用电路（和应用电路（和 Arduino UNO Arduino UNO 的连接图）的连接图）由上图可以看出：在具体的使用中我们只要控制 STEP 和 DIR就可以了，可以说很是方便；在电源供电方面器件逻辑电压 VDD 和GND 之间我们接 Arduino 的+5V 电源端，而电机电源 VMOT 和GND之间我们需要接 8-15V（DC）;还有关于三个模式选择端 MS1、MS2、MS3 我们全部接地也就是全步进模式（转一圈
9、要 200 个步进值或一个步进 1.8） ，如果要求更高的精度，我们可以通过选择其他的模式，比如我们如果选择 1/4 步进模式，那么我们电机转一圈就要送 800 个微步才能完成。我么下面来看看模式选择与 MS1、MS2、MS3 之间的关系 。设置设置A4988A4988驱动的步序对照表驱动的步序对照表补充补充1 1 细分的基本概念为：步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。如驱动器工作在 10 细分状态时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也就是：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动 1.8；而用细分驱动器工作在 10 细分状态时，电机只转动了 0.1
10、8。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。3.4 3.4 程序程序四、四、 使用步进电机常见问题使用步进电机常见问题1 1、第第一一次次使使用用步步进进电电机机驱驱动动器器，怎怎么么能能尽尽快快调调试试到到最最佳佳状状态？态？ 按照说明和驱动器上的标示，正确接好电源和电机后，把驱动器调节到16细分，把信号的输出频率设置到1000HZ内，运行无误后在慢慢加速（提高频率）细分等。2 2、驱驱动动器器工工作作长长时时间间工工作作外外壳壳（散散热热片片）比比较较热热，正正常常吗吗？ 正常，在常温下外壳（散热片）达到80摄氏度不会对性能有影响，长时间大电流工作的话，你也可以通
11、过加装风扇或者散热片帮助散热。3 3、有有什什么么简简单单有有效效的的方方式式确确定定2 2相相4 4线线步步进进电电机机四四条条线线的的定定义？义？ 同一相的2根线是相通的，所以我们可以用万用表检测。4 4、步步进进电电机机使使用用时时出出现现振振动动大大，失失步步（丢丢步步）或或者者是是有有声声不转等现象，为什么？不转等现象，为什么？步进电机与普通交流电机有很大的差别，振动大或失步是常见的现象。产生的原因和解决的方法有以下两点。（1 1）控制脉冲）控制脉冲频频率率低低速速时时是是否否处处在在共共振振点点上上（不不同同型型号号的的电电机机共共振振点点不不一一样样），高高速速时是否采用梯形或者
12、其他曲线加速时是否采用梯形或者其他曲线加速。（2 2）驱动器）驱动器 电电机机低低速速时时，振振动动或或失失步步，高高速速时时正正常常；驱驱动动电电压压过过高高。电电机机低低速速时时正正常常，高高速速时时失失步步；驱驱动动电电压压过过低低。电电机机长长时时间间无无发发热热现现象象（电电机机正正常常工工作作时时可可高高达达70-8070-80）；驱驱动动电电流流小小。电电机机工工作作时时过过热热；驱驱动动电电流大。流大。5 5、为为什什么么步步进进电电机机低低速速时时可可以以正正常常运运转转，若若高高于于一一定定速速度度就无法启动并伴有啸叫声？就无法启动并伴有啸叫声？ 步进电机有一个技术参数空载
13、启动频率，即步进电机在空载的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，可能发生失步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应该更低。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）。6 6、步进电机控制为什么要采用梯形或其他加速方法？、步进电机控制为什么要采用梯形或其他加速方法？ 步进电机起步速度根据电机不同一般在50-250r/min,如果希望高于此速度运转就必须先用起步以下速度起步，逐渐加速到最高速度，运行一定距离后再逐渐减速至起步速度以下方可停止，否则会出现高速上不去或失步的现象。常见加速方法有分级加速、梯形加速和S型加速等。五、使用过程注意事项五、使用过程注意事项使用环境注意避免油污，粉尘，和腐蚀性气体。注意驱动器的通风良好。由于驱动器板不是密封的，注意不要将金属屑和粉尘等落入其中造成电路短路。插入电源一定要注意看清正负标示，以免正负极接错烧毁驱动器。确定连接无误后再通电测试
