步进电机技术文献Word格式文档下载.docx

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）[（J2+Js）+W/g（S/2π）²

]（1-2）

式中Jt---折算至电机轴上的惯量（Kg.cm.s²

）

J1、J2---齿轮惯量（Kg.cm.s²

Js----丝杆惯量（Kg.cm.s²

）W---工作台重量（N）

S---丝杆螺距（cm）

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步进电机小知识

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（HOLDINGTORQUE）?

保持转矩（HOLDINGTORQUE）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DETENTTORQUE?

DETENTTORQUE是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。

DETENTTORQUE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DETENTTORQUE。

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，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。

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12～48VDC），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1.1～1.3倍；

如果采用开关电源，电源电流一般可取I的1.5～2.0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-（或者B+和B-）对调即可。

步进电机14问2008-08-2715:

381.什么是步进电机？

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。

.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；

两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。

保持转矩（HOLDINGTORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。

DETENTTORQUE是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。

TORQUE在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；

一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

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；

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；

步进电机有一个技术参数：

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.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。

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。

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°

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。

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Q2BYG403BM的供电电压为12～48VDC），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1.1～1.3倍；

如果采用开关电源，电源电流一般可取I的1.5～2.0倍。

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）。

.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?

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矩的下降，相反，力矩会有所增加。

步进电机、步进电机驱动器常见问题解答

（2）2008-08-1618:

57步进电机、步进电机驱动器常见问题解答

（2）

6.电机是二相四相六根和八根线的，而驱动器只要求接四根线，该怎样使用？

四相混合式电机也称二相混合式电机，只是四相电机的绕组引出线有多种接法。

四出线电机

1和2为一相，分别接A和/A；

3和4为一相，分别接B和/B。

六出线电机

1和2为一相，分别接A和/A；

5和6为一相，分别接B和/B。

3和4不用，分别悬空（请勿相连）。

八出线电机

1和3相连，2和4相连，分别接A和/A；

5和7相连，6和8相连，分别接B和/B。

7.电机的噪音特别大；

而且没有力，电机本身在振动？

如遇到这种情况时，是因为步进电机工作在振荡区，一般改变输入信号频率CP就可以解决此问题。

8.电机在低速运行时正常，当是频率略高一点就出现堵转现象？

遇到这种情况多是因为加在驱动器的电源电压不够高引起的；

把输入电压加高一些，就可以解决此问题,注意不能高于驱动器电源端标注的最高电压；

否则会引起驱动器烧毁.

9.驱动器通电以后，电机在抖动,不能运转？

遇到这种情况时，首先检查电机的绕组与驱动器连接有没有接错；

如没有接错再检查输入频率CP是否太高；

是否升降频设计不合理，参考升降频设计；

以上原因都不是，可能是驱动器烧毁。

10.升降速设计

步进电机速度控制是靠输入的脉冲信号的变化来改变的，从理论上说，只需给驱动器脉冲信号即可，每给驱动器一个脉冲（CP），步进电机就旋转一个步距角（细分时为一个细分步距角）但是实际上，如果脉冲CP信号变化太快，步进电机由于惯性将跟随不上电信号的变化，这时会产生堵转和丢步现象，所以步进电机在启动时，必须有升速过程，在停止时必须有降速过程。

一般来说升速和降速规律相同，以下为升速为例介绍：

升速过程由突跳频率加升速曲线组成（降速过程反之）。

突跳频率是指步进电机在静止状态时突然施加的脉冲启动频率，此频率不可太大，否则也会产生堵转和丢步。

升降速曲线一般为指数曲线或经过修调的指数曲线，当然也可采用直线或正弦曲线等。

用户需根据自己的负载选择合适的突跳频率和升降速曲线，找到一条理想的曲线并不容易，一般需要多次‘试机’才行。

指数曲线在实际软件编程中比较麻烦，一般事先算好时间常数存贮在计算机存贮器内，工作过程中直接选取。

升降速曲线的设计直接影响电机运行的平稳性、升降速快慢、电机运行声音、最高速度、定位精度。

步进电机、步进电机驱动器常见问题解答

（1）2008-08-1619:

15

步进电机、步进电机驱动器常见问题解答

（1）

1.什么是步进电机，什么是步进电机驱动器？

步进电机是一种作为控制用的特种电机,它的旋转是以固定的角度（称为“步距角”）一步一步运行的,其特点是没有积累误差,所以广泛应用于各种开环控制。

步进电机的运行要有一电子装置进行驱动,这种装置就是步进电机驱动器,它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移,或者说:

控制系统每发一个脉冲信号,通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。

所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。

所以，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机精确调速；

控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的。

2.什么是驱动器的细分？

什么是运行拍数？

步距角如何计算？

要了解“细分”，先要弄清“步距角”这个概念：

它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。

电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°

/1.8°

（表示半步工作时为0.9°

、整步工作时为1.8°

），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关，参见下表（以86BYG250A电机为例）：

电机固有步距角

运行拍数

细分数

电机运行时的真正步距角

0.9°

8

驱动器工作在2细分即半步状态

0.9°

20

细分驱动器工作在5细分状态

0.36°

40

细分驱动器工作在10细分状态

0.18°

80

细分驱动器工作在20细分状态

0.09°

160

细分驱动器工作在40细分状态

0.045°

简单地讲，细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角（整步）的几分指一。

从上表可以看出：

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，也就是说：

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0.18°

，这就是细分的基本概念。

更为准确地描述驱动器细分特性的是运行拍数，运行拍数指步进电机运行时每转一个齿距所需的脉冲数。

86BYG250A电机有50个齿，如果运行拍数设置为160，那么步进电机旋转一圈总共需要50×

160＝8000步；

对应步距角为360°

÷

8000＝0.045°

。

请注意，如果运行拍数设为30，按上表对应关系细分数为7.5,不是一个整数。

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.驱动器细分有什么优点？

其一，完全消除了电机的低频振荡。

低频振荡是步进电机（尤其是反应式电机）的固有特性，而细分是消除它的唯一途径，如果您的步进电机有时要在共振区工作（如走圆弧），选择细分驱动器是唯一的选择。

其二，提高了电机的输出转矩。

细分比不细分，输出转矩对各种电机都有不同程度的提升。

其三，提高了电机的分辨率。

减小了步距角，提高了步距的均匀度。

4.反应式步进电机与混合式步进电机的区别？

首先，在结构和材料上不同，反应式电机不象混合式电机那样内部具有永久磁性材料，混合式电机具有一定的自锁转矩。

其次，在运行性能上有差别，混合式电机运行时相对较平稳，输出力矩相对较大，运行声音小。

再次，两种电机在价格上有差别，反应式电机比混合式电机相对便宜，但并不明显。

5.步进电机的运行方向和我要求的相反，怎样调整？

一种方法是改变控制系统的方向信号。

另一种方法是通过调整电机的接线来改变方向,具体如下表

电机接线方式

原来接线序列

换向后接线序列

两相四线

A，A'

，B，B'

A'

，A，B，B'

或者A，A'

，B'

，B

三相三线

A，B，C

B，A，C或者A，C，B

三相六线

，C，C'

B，B'

，A，A'

五相五线

A，B，C，D，E

E，D，C，B，A

步进电机的选用计算方法

（1）计算齿轮的减速比根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:

i=（φ.S）/（360.Δ）（1-1）式中φ---步进电机的步距角（o/脉冲）S---丝杆螺距（mm）Δ---（mm/脉冲）

（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。

Jt=J1+（1/i2）[（J2+Js）+W/g（S/2π）2]（1-2）式中Jt---折算至电机轴上的惯量（Kg.cm.s2）J1、J2---齿轮惯量（Kg.cm.s2）Js--