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首頁_天辰注冊_官方測速平臺stepping motor。步進(jìn)電機(jī)是一種控制電機(jī)。是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的執(zhí)行裝置。
當(dāng)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)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，這就是步進(jìn)的含義。
在不過載的情況下，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動停止的位置只取決于受控脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)因其步進(jìn)線性關(guān)系的存在以及沒有積累誤差（精度為100%）的特點，被廣泛應(yīng)用于各種速度位置等控制領(lǐng)域。
在需要對速度、位置等參數(shù)進(jìn)行控制的場合，使用步進(jìn)電機(jī)，會非常簡單方便。但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)或交流電機(jī)那樣，在常規(guī)下直接使用。步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，需要利用電子電路，將直流電變成分時供電的多相時序控制電流。用這種電流供電，電機(jī)才能正常工作。所以它需要專門的驅(qū)動器——為步進(jìn)電機(jī)分時供電的多相時序控制器。因此，步進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)，涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計算機(jī)等許多專業(yè)知識。
目前，對步進(jìn)電機(jī)的控制主要有由分散器件組成的環(huán)形脈沖分配器、軟件環(huán)形脈沖分配器、專用集成芯片環(huán)形脈沖分配器等。專用芯片有：用PMM8713三相或四相步進(jìn)電機(jī)的脈沖分配器、SI-7300A兩相或四相功率驅(qū)動器，組成四相步進(jìn)電機(jī)功率驅(qū)動電路。步進(jìn)電機(jī)控制框圖見圖1。
功率放大是驅(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流。平均電流越大，電機(jī)力矩越大。要達(dá)到平均電流大，這就需要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢。在不同應(yīng)用場合，驅(qū)動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流細(xì)分?jǐn)?shù)等。
步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越大，則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動電源的電壓越高電壓對力矩影響如下：
步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成，一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了
?。?）電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上，步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）0.9度/1.8度（二四相電機(jī)）1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。
?。?）步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩事先很難確定，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。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的，直接起動時（一般由低速）時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運行進(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，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。
?。?）靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動電源及驅(qū)動電壓）。
步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一。隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)得到迅速發(fā)展?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）等。另外，按照線圈激勵相數(shù)的不同，可分為二相，三相和五相；按其傳動設(shè)計方式，又有旋轉(zhuǎn)型步進(jìn)，直線型步進(jìn)，以及帶減速齒輪與不帶減速齒輪之分。
永磁式步進(jìn)電機(jī)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)電機(jī)一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。
混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。它又分為兩相、四相和五相：兩相步距角一般為1.8度而五相步距角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。
步進(jìn)電機(jī)最大特征即是能夠簡單的做到高精度的定位控制。以5相步進(jìn)電機(jī)為例：其定位基本單位(分辨率)為0.72°(全步級)/0.36°(半步級)，是非常小的；停止定位精度誤差皆在±3分(±0.05°)以內(nèi)，且無累計誤差，故可達(dá)到高精度的定位控制。(步進(jìn)電機(jī)的定位精度是取決于電機(jī)本身的機(jī)械加工精度)
步進(jìn)電機(jī)在輸入脈沖信號時，可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉(zhuǎn)進(jìn)而得到靈活的角度控制(位置控制)，并可得到與該脈沖信號周波數(shù)(頻率)成比例的回轉(zhuǎn)速度。
步進(jìn)電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)下(無脈波信號輸入時)，仍具有激磁保持力，故即使不依靠機(jī)械式的剎車，也能做到停止位置的保持。
步進(jìn)電機(jī)因為加速性能優(yōu)越,所以可做到瞬時起動、停止、正反轉(zhuǎn)之快速、頻繁的定位動作。
步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)構(gòu)成簡單，不需要速度感應(yīng)器(ENCODER、轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī))及位置傳感器(SENSOR)，就能以輸入的脈波做速度及位置的控制。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場合下使用。
步進(jìn)電機(jī)在中低速時具有較大的轉(zhuǎn)矩，故能夠較同級伺服電機(jī)提供更大的扭力輸出。
使用步進(jìn)電機(jī)裝置與使用離合器、減速機(jī)及極限開關(guān)等其它裝置相較，步進(jìn)電機(jī)的故障及誤動作少，所以在檢查及保養(yǎng)時也較簡單容易。
步進(jìn)電機(jī)體積小、扭力大，盡管于狹窄的空間內(nèi)，仍可順利做安裝，并提供高轉(zhuǎn)矩輸出。
表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時會給出這樣一個步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為“電機(jī)固有步距角”，它不一定是電機(jī)實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。
是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)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(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。
是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，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)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。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)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。
是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENTTORQUE在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。
選擇步進(jìn)電機(jī)時，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時，首先要計算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。 一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。
選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。
選擇步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動的需要。
運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率時，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動負(fù)載，并留有足夠的余量。
步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：
其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米
步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以用頻率來控制，步進(jìn)電機(jī)的運行頻率跟轉(zhuǎn)速成正比，可以通過計算公式，計算出步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
舉例說明： 步進(jìn)電機(jī)采用整步，即1細(xì)分；頻率1K，即1000赫茲；套用公式：1000 * 60/200=300轉(zhuǎn)/分
注意事項：此公式適應(yīng)于兩相步進(jìn)電機(jī)，如果三相混合式步進(jìn)電機(jī)，可能因為驅(qū)動器內(nèi)部算法不一致，結(jié)果跟實際轉(zhuǎn)速不一致。
對于步進(jìn)系統(tǒng)，采用細(xì)分驅(qū)動器不僅僅是為了提高精度，其實細(xì)分主要是為了改善電機(jī)的運行性能。
步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制是由驅(qū)動器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流來實現(xiàn)的，以二相電機(jī)為例，假如電機(jī)的額定相電流為3A，如果使用常規(guī)驅(qū)動器（如常用的恒流斬波方式）驅(qū)動該電機(jī)，電機(jī)每運行一步，其繞組內(nèi)的電流將從0突變?yōu)?A或從3A突變到0，相電流的巨大變化，必然會引起電機(jī)運行的振動和噪音。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，在10細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動該電機(jī)，電機(jī)每運行一微步，其繞組內(nèi)的電流變化只有0.3A而不是3A，且電流是以正弦曲線規(guī)律變化，這樣就大大的改善了電機(jī)的振動和噪音，因此，在性能上的優(yōu)點才是細(xì)分的真正優(yōu)點。
注意，國內(nèi)有一些驅(qū)動器采用“平滑”來取代細(xì)分，有的亦稱為細(xì)分，但這不是真正的細(xì)分，一定要分清兩者的本質(zhì)不同。
“平滑”并不精確控制電機(jī)的相電流，只是把電流的變化率變緩一些，所以“平滑”并不產(chǎn)生微步，而細(xì)分的微步是可以用來精確定位的；電機(jī)的相電流被平滑后，會引起電機(jī)力矩的下降，而細(xì)分控制不但不會引起電機(jī)力矩的下降，相反，力矩會有所增加。
步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)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(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)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，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。
當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)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(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。
8.4 為什么步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲?
步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)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(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。
步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：
步進(jìn)電機(jī)的細(xì)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(xiàn)），其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動，提高電機(jī)的運轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進(jìn)角為1.8° 的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4，那么電機(jī)的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45°，電機(jī)的精度能否達(dá)到或接近0.45°，還取決于細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。
四相混合式步進(jìn)電機(jī)一般由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，因此，連接時可以采用串聯(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)速較的場合使用，此時需要的驅(qū)動器輸出電流為電機(jī)相電流的0.7倍，因而電機(jī)發(fā)熱??；并聯(lián)接法一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的場合使用（又稱高速接法），所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機(jī)相電流的1.4倍，因而電機(jī)發(fā)熱較大。
A.電壓的確定：混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如IM483的供電電壓為12～48VDC），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驅(qū)動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。
B.電流的確定：供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流I來確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用開關(guān)電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。
當(dāng)脫機(jī)信號FREE為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機(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)）。在有些自動化設(shè)備中，如果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動電機(jī)軸（手動方式），就可以將FREE信號置低，使電機(jī)脫機(jī)，進(jìn)行手動操作或調(diào)節(jié)。手動完成后，再將FREE信號置高，以繼續(xù)自動控制。
