步進電機的概述及選型

時間：2021-11-18作者：湖北省石佳電氣有限公司瀏覽：1527

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，多相時序控制器雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。 　 步進電機作為執(zhí)行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。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?！　〔竭M電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當步進驅(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（即步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您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。1、步進電機的主要特點1．一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。2．步進電機外表允許的較高溫度。步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至 于失步，因此電機外表允許的較高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚**達攝氏200度以 上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常?！　? 3．步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4．步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若**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，即步進電機在空載情況下能夠 正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率**該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)較低。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）。 　　5 步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)， 驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候， 步進電機靜止， 如果加入適當?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。6 三相步進電機的步進角度為7.5 度，一圈360度， 需要48個脈沖完成。7 步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。8 改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向。因此，目前打印機，繪圖儀，機器人，等等設(shè)備都以步進電機為動力**。2、步進電機驅(qū)動器的特點（1）構(gòu)成步進電機驅(qū)動器系統(tǒng)的**集成電路：A、脈沖分配器集成電路：如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。B、包含脈沖分配器和電流斬波的控制器集成電路：如***公司的L297、L6506等。C、只含功率驅(qū)動（或包含電流控制、保護電路）的驅(qū)動器集成電路：如日本新電元工業(yè)公司的MTD1110（四相斬波驅(qū)動）和MTD2001（兩相、H橋、斬波驅(qū)動）。D、將脈沖分配器、功率驅(qū)動、電流控制和保護電路都包括在內(nèi)的驅(qū)動控制器集成電路，如東芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042（四相）和ALLEGRO公司的UC**804（四相）等。（2）“細分驅(qū)動”概述：將“電機固有步距角”細分成若干小步的驅(qū)動方法，稱為細分驅(qū)動，細分是通過驅(qū)動器精確控制步進電機的相電流實現(xiàn)的，與電機本 身無關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級近似階梯波），則定子繞組電流所 產(chǎn)生的磁場合力，會使轉(zhuǎn)子有N個新的平衡位置（形成N個步距角）。3、步進電機分類步進電機分三種：永磁式（PM） 、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進一般為三相，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，在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點，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)用較為廣泛。4、步進電機的優(yōu)缺點---優(yōu)點1． 電機旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)；　　2． 電機停轉(zhuǎn)的時候具有較大的轉(zhuǎn)矩（當繞組激磁時）；　　3． 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復(fù)性；　　4． 優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)；　　5． 由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機的壽命僅僅取決于軸承的壽命；　　6． 電機的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本；　　7． 僅僅將負載直接連接到電機的轉(zhuǎn)軸上也可以較低速的同步旋轉(zhuǎn)。　　8． 由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。---缺點　　1． 如果控制不當容易產(chǎn)生共振；　　2． 難以運轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速?！　?． 難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩　　4． 在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低?！　?． **過負載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲。5、步進電機基本術(shù)語保持轉(zhuǎn)矩（ＨＯＬＤＩＮＧ　ＴＯＲＱＵＥ)是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機較重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。保持轉(zhuǎn)矩越大則電機帶負載能力越強。由于步進電機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電機重要的參數(shù)之一。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(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請參考有關(guān)文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8度的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設(shè)置為４，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45度，電機的精度能否達到或接近0.45度，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制。運行矩頻特性是電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線 。實用公式：轉(zhuǎn)速(r/s）=脈沖頻率 /（電機每轉(zhuǎn)整步數(shù)*細分數(shù)） V：電機轉(zhuǎn)速（R/S）；P：脈沖頻率（Hz）；θe：電機固有步距角；m：細分數(shù)（整步為1，半步為2）




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  詞條說明

• 步進電機

  步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(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”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。 步進電機工作一般需要兩個脈沖：信號脈沖和方向脈沖。信號脈沖有兩個控制量，脈沖數(shù)和脈沖頻率，分別對應(yīng)步進電機的轉(zhuǎn)動角度和速度?？梢酝ㄟ^控制信號脈沖個數(shù)來控制角位移量，一個脈沖對應(yīng)一個步距角。驅(qū)動器設(shè)定步距角角度，如設(shè)定

• 無刷電機和碳刷電機區(qū)別

  1、適用范圍：直流無刷電機：通常使用在控制要求比較高，轉(zhuǎn)速高的設(shè)備上，對電機轉(zhuǎn)速控制嚴格，轉(zhuǎn)速達到很高的設(shè)備商。碳刷電機：常規(guī)動力設(shè)備使用的都是有刷電機，如吹風機，工廠的電動機，家用的抽油煙機等等，另外串激電機的轉(zhuǎn)速也能達到很高，由于碳刷的磨損，使用壽命不如無刷電機。2、使用壽命無刷電機：通常使用壽命在幾萬小時這個數(shù)量級，由于軸承的不同無刷電機使用壽命也有很大不同。碳刷電機：通常有刷電機的連續(xù)工作

• 發(fā)電機組之——發(fā)電機

  一.同歩發(fā)電機勵磁系統(tǒng)軟件一般來說，發(fā)電機組由汽車發(fā)動機（給予機械能）、發(fā)電機（造成電流量）、自動控制系統(tǒng)構(gòu)成。 風速發(fā)電機借助風速推動發(fā)電機旋轉(zhuǎn)，造成電流量； 水力發(fā)電發(fā)電機運用流水的起伏，造成驅(qū)動力推動發(fā)電機發(fā)電量。 汽柴油發(fā)電機借助柴油機或車用汽油點燃造成驅(qū)動力推動發(fā)電機組。雖然各式各樣發(fā)電量功能的能源來源于很有可能各有不同，可是他們都會有一個很重要的一共有一部分，那便是發(fā)電機。生產(chǎn)制造日常

• 步進電機的種類及原理特性有哪些？

  步進電機類型有哪些？ 常用的步進電機有三種: （1）無功步進電機（VR）無功步進電機結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，步距角小，但動態(tài)性能差。 （2）永磁步進電機（PM）永磁步進電機輸出功率大，動態(tài)性能好，但步距角大。 （3）混合式步進電動機（HB）混合式步進電動機結(jié)合了無功步進電動機和永磁步進電動機的優(yōu)點。它具有步距角小、輸出功率大、動態(tài)性能好等優(yōu)點。是目前性能較高的步進電機。又稱永磁感應(yīng)式步進電動機。 無