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步进电机实验

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步进电机实验

步进电机实验

注意事项：

1、系统通电后，身体的任何部位不要进入系统运动可达范围之内；

2、实验中，请严格按照实验步骤进行操作，以防发生意外；

3、实验完成后按下“停止”按钮，使电机停止运行，关闭电源；

4、实验中注意用电安全，如遇紧急情况立即拨动电源开关，切断电源。

一、步进电机调速实验

1、实验目的

1.1熟悉步进电机的工作原理；

1.2了解步进电机调速的方法；

1.3 了解目标频率和转速之间的关系；

1.4 掌握步进调速平台的操作方法。

2、实验设备

1、步进电机测试平台一套

3、实验原理

（1）步进的工作原理

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，广泛应用于开环控制。通过控制步进电机的脉冲频率，可以对电机进行精确调速；控制步进电机的脉冲个数，可以对电机精确定位。

步进电机分三种：永磁式(PM)，反应式(VR)和混合式(HB)。永磁式步进电机一般为两相，转距和体积较小, 步距角一般为7.5°或15°；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步距角一般为1.5°，但噪声和振动都很大。混合式步进电机是混合了永磁式和反应式的优点，可分为两相和五相。两相混合式步进电机步距角一般为1.8°，而五相混合式步进电机步距角一般为0.72°。混合式步进电机的应用最为广泛，本测试平台使用的步进电机即为步距角为1.8°的两相混合式步进电机。 ( 2 ) 步进驱动器的参数及设置

驱动器的细分

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°，这就是细分的基本原理。细分功能究全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生, 与电机无关。

电流所产生，与电机无关。

驱动器细分功能的优点

步进电机通过驱动器细分后的主要优点为：（1）消除了电机的低频振荡。低频振荡是步进电机(尤其是反应式其力矩同有j;性, l可一2分是消除e 的1与t二途径; 2)提高了电机的输出转矩_ 。尤其是対三相反应式电机, 提高电一素J、细分时提12a30-% : 3)提高了电机的分辨率。山于減小了步距角、提高了多距的均i1度,,,J分辨率'是不li而喻的。

4、实验步骤

1、将步进电机测试平台电源插头连接220V交流电源，打开“电源开关”；

2、电源指示灯亮；触摸屏开机启动；

3、开机后，按下监控主界面的“调速实验”按钮，打开“步进电机调速实验”窗口；

4、通过调节脉冲频率实现步进电机的调速。

5、思考

1、驱动器细分的原理及优点？

2、调节不同的转速值，观察速度曲线的变化？例如当转速从400

r/min变化为200 r/min，

然后又从200 r/min变为400 r/min时，画出步进电机转速曲线的变化。

二、步进电机加载实验 1、实验目的

1.1了解步进电机的输出转矩与电机功率及速度的关系；

1.2掌握加载实验的操作方法。

2、实验设备

1、步进电机测试平台一套

3、实验原理

步进电机的功率与输出力及速度的关系可以表示为：

P=Fv (1)

转矩公式: T=FR，其中F为输出扭力，R为作用半径。由此，可得：

F=T/R (2)

线速度V=2πKn，n为转速，单位为r/s，将其转化为r/min，则线速度公式为：

v=2πRn/60=πRn/30 (3)

将式(2)、(3)代入式(1)，可得：

P=Fv= (T/ R)*πRn/30=πTn/30

其中，P的单位为W。T的单位为N·M，n的单位为r/min。

将P的单位转换为KW，则有：

p= 1ooo*πT n/3o

取π=3.1415926，可得：

9549.297* P= Tn

为方使计算,将9549. 297近似为9550，则可得功率、转矩与转速之间的关系式为：

9550*P=Tn

可见，在速度保持恒定时，功率不变，则输出转矩一定。若转矩增大，则输出功率增大。本测试-平台的步进电机最大输出转矩为1N·M，因此在外加负载转矩小于或等于1N·M 时，电机的功率，即电流和电压保持不变。若负载大于1N·M，如果电机无法输出更大的转矩来平衡负载转矩。这时，电机就会发生堵转。为防止步进电机发生堵转，本平台将可调节的加载值设置为0~0. 75N·M之间。 3、实验步骤

1、将步进电机测式平合电源插头连接220v交流电源，打开“电源开关“；

2、电源指示灯亮；触摸屏开机启动；

开机完成后，启动多功能电机测试平合软件；

3、按下“加载实验”接钮，打开“步进电机加载实验”窗口；

4、按下“正转”按钮，电机开始正转运行，操作面板“正转”指示灯亮；

5、对系统进行加载；

6、满载时，仔细观察步进电机速度、输出电流、电压的曲线变化及数值变化；

7、反转状态时的加载与正转相同；

8、实验完成后，按下“停止”按钮，使电机停止运行，关闭电源。

5、思考

1、对比满载、空载两种状态下，步进电机输出速度的变化？

2、步进电机的输出转矩与脉冲频率的关系？

三、步进电机测试平台的定位实验

1、实验目的

1.1了解步进电机的定位控制原理；

1.2掌握步进电机测试平台定位实验的操作方法；

2、实验设备

1、步进电机测试平台一套

3、实验原理

通过控制步进电机的脉冲频率，可以对电机进行精确调速；控制步进电机的脉冲个数，可以对电机精确定位。

4、实验步骤

1、将步进电机测式平合电源插头连接220v交流电源，打开“电源开关“；

2、电源指示灯亮；触摸屏开机启动；

3、开机完成后，启动多功能电机测试平合软件； 4、按下“定位实验”接钮，打开“步进电机定位实验”窗口；

5、默认设置细分为32；

6、“PLC发出脉冲数”是需要PLC输出的脉冲个数，在允许的任意范围内输入；

6、“编码器检测脉冲数”为电机运行过程中，编码器检测到的脉冲个数。正转时该参数作加计数，反转时作减计数。每次运行前都需将其“初始化”；

7、在“PLC发出脉冲数”输入框点击，例如：在输入框中输入“64000”或者其他参数；

8、按下触摸屏上的“正转”按钮，电机正向气动；

9、脉冲输出完成后，电机停止运行。

10、读取步进电机刻度盘度数，通过对比可验证步进电机的定位控制是否准确。

11、实验完成后，按下“停止按钮”，使电机停止运行，关闭电源。

5、思考

1、步进电机定位原理？

2、步进电机输出角位移与那些因素有关？

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STEP-MOTOR步进电机实验

STEP-MOTOR步进电机实验

1 步进电机实验

1.实验目的

了解步进电机的结构和驱动方式；

掌握常用的编程方法。

2.实验设备

STC89C51单片机板

STEP-MOTOR实验板

3.实验内容

实验板上所配的步进电机的线圈是没有中间抽头的，所以直接使用STEP-MOTOR板子自带

的驱动单元驱动即很适合。下图给出了接线示意。

图1 STEP-MOTOR实验板

光码盘模块见下图示。其４个插针，左起依次为+5V电源、脉冲输出OUT、空脚NO、接地

脚GND。使用时只需将脉冲输出OUT引脚的TTL电平信号进行处理即可直接用于其它控制场合。

4P排线来自

单片机端口 4P排线

光码盘信

号输出

光码盘信

号输出 4P排线

4P排线来自

单片机端口

2

图2 光码盘模块

步进电机是纯粹的数字控制电动机。它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步

进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，

它不能直接使用交流电源和直流电源；此外步进电机的角位移与输入脉冲严格成正比，因此，当

它转一转后，没有累计误差，具有良好的跟随性。

步进电机由定子和转子两部分组成。以四相步进电机为例，定子上有四组相对的磁极，每对

磁极缠有同一绕组，形成一相。定子和转子上分布着大小、间距相同的多个小齿。当步进电机某

一相通电形成磁场后，在电磁力的作用下，转子被强行推动到最大磁导率（或最小磁阻）的位置。

图3 步进电机线圈接线

STEP-MOTOR实验板模块中使用的四相步进电机型号为：28BYJ48型。相电压为6V，其它

参数按电机型号，查阅相关资料。

通电次序如下图所示：

引线颜色 引脚号 1 2 3 4 5 6 7

8

红色 1 ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋

橙色 2 － － －

黄色 3 － － －

粉色 4 － － －

蓝色 5 － － －

对于线圈是有中间抽头的的步进电机，可以使用STEP-MOTOR板子的驱动单元驱动，但需

要将步进电机线圈的中间抽头接到正电源上或接到GND上；或者使用STEP-MOTOR-C板子的驱

步进电机实验

步进电机实验

步进电机实验

步进电机实验

注意事项：

1、系统通电后，身体的任何部位不要进入系统运动可达范围之内；

2、实验中，请严格按照实验步骤进行操作，以防发生意外；

3、实验完成后按下“停止”按钮，使电机停止运行，关闭电源；

4、实验中注意用电安全，如遇紧急情况立即拨动电源开关，切断电源。

一、步进电机调速实验

1、实验目的

1.1熟悉步进电机的工作原理；

1.2了解步进电机调速的方法；

1.3 了解目标频率和转速之间的关系；

1.4 掌握步进调速平台的操作方法。

2、实验设备

1、步进电机测试平台一套

3、实验原理

（1）步进的工作原理

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，广泛应用于开环控制。通过控制步进电机的脉冲频率，可以对电机进行精确调速；控制步进电机的脉冲个数，可以对电机精确定位。

步进电机分三种：永磁式(PM)，反应式(VR)和混合式(HB)。永磁式步进电机一般为两相，转距和体积较小, 步距角一般为7.5°或15°；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步距角一般为1.5°，但噪声和振动都很大。混合式步进电机是混合了永磁式和反应式的优点，可分为两相和五相。两相混合式步进电机步距角一般为1.8°，而五相混合式步进电机步距角一般为0.72°。混合式步进电机的应用最为广泛，本测试平台使用的步进电机即为步距角为1.8°的两相混合式步进电机。 ( 2 ) 步进驱动器的参数及设置

驱动器的细分

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°，这就是细分的基本原理。细分功能究全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生, 与电机无关。

电流所产生，与电机无关。

步进电机实验计划

步进电机实验计划

步进电机实验

一、实验目的

1. 测定不同型号步进电机的最大空载启动频率。

2. 测定不同型号步进电机的空载最高转速。

3. 测定不同型号步进电机的空载相电流波形以及随转速变化的规律。

4. 测定不同型号步进电机的空载相电压波形以及随转速变化的规律。

5. 测定不同型号步进电机的负载相电流波形随转速及负载大小变化的规律。

6. 测试不同型号步进电机单步运行。

7. 测试不同型号步进电机加减速运行。

8. 测试不同型号步进电机带加减速的正反转运行。

9. 测试不同型号步进电机带加减速的限定角度范围内运动。

10. 测定单相通入不同电流时不同型号步进电机的矩角特性。

11. 测定两相通入正弦细分电流时不同型号步进电机的矩角特性。

二、实验器材

1. 不同型号的步进电机：

2. 步进电机驱动器（1）

3. 信号发生器（1）

4. 示波器（1）

5. 12V开关电源（1）、24V开关电源（1）

6. 单片机（1）

7. 万用表（1）

8. 角度指示盘（自制）

9. 电子称（1）

10. 沙捅及吊线

三、实验内容、步骤、方法

（一）校正信号发生器实验

1.实验必要性：由于信号发生器显示的方波频率与实际输出的方波频率之间存在一定的误差，为了使实验更加准确，因而首先需要进行校正。

2.校正方法：

（1）将信号发生器置于某一频率档位，在这一频率档位下让频率从最低到最高依次变化，并均匀选取20个频率点，记录信号发生器显示的频率值，同时用示波器观察其实际频率值并记录。

（2）将信号发生器置于不同的档位，重复上面的操作，做好记录。

（二）测定步进电机最大空载启动频率的实验

实验步骤：首先选定某一型号的步进电机，将信号发生器输出方波调至某一频率突加到步进电机驱动器上，观察并记录使得步进电机失步的频率值，则为步进电机的最大启动频率。

（三）测定步进电机空载最高转速的实验

1.实验方法：

（1）通过输入脉冲频率f的测定来计算转速：60200fvm （r/min）

步进电机原理剖析

步进电机原理剖析

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度；

反应式步进电机一般为三相，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。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

混合式步进电机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，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。

步进电机的一些基本参数：

电机固有步距角：

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。

步进电机的相数：

是指电机内部的线圈组数，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，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。