下载文档原格式
步进电机基本知识(2009-01-08 13:51:30)1、步进电机：是一种将电脉冲转化为角位移或线位移的执行机构。
其特点是没有积累误差（精度为100%），广泛应用于各种开环控制。
2、步进电机分类：永磁式（PM），反应式（VR），混合式（HB）。
3、保持转矩：是指步进电机通电，但没有转动时，定子锁住转子的力矩。
4、精度：为步进角的3～5%，且不累积。
5、细分驱动器：是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机的运转的。
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。
对于2，4相电机，细分后的步距角等于电机的整步步距角除以细分数。
对于3相反应式电机，细分后的步距角等于电机的半步步距角除以细分数。
6、步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。
0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°，整步工作时为1.8°）此步距角为电机固有步距角。
7、相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。
常用m表示。
8、失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。
称之为失步。
9、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。
10、最大空载运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。
11、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。
12、电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。
方向由导电顺序决定。
控制步进脉冲信号的频率，可以对电机进行精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机进行精确定位。
13、步进电机驱动器：是把计算机控制系统提供的弱信号放大为步进电机能够接受的强电流信号。
14、拍数：是完成一个磁场周期性变化所需脉冲数。
指电机转过一个齿距角所需脉冲数。
15、脱机信号free：此信号为选用信号，并不是必须要用的，只有在一些特殊情况下使用，此端为低电平有效，这时电机处于无力矩状态；此端为高电平或悬空不接时此功能无效，电机可正常运行，此功能若用户不采用，只需将此端悬空即可。
步进电机14问------------------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（HOLDING TORQUE）?保持转矩（HOLDING TORQUE）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DETENT TORQUE?DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。
DETENT TORQUE 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DETENT TORQUE。
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。
最全的有关步进电机的基础知识，再也找不到这么全的了！No.1如何正确选用步进电机第一步：步进电机的保持转矩，相当于传统电机所说的“功率”。
当然，他们有着本质的区别。
步进电机的物理结构，完全不同于普通的交、直流电机，它的输出功率是可变的。
通常根据需要的转矩大小，来选择哪种型号的步进电机。
大致来说，扭力在0.8n.m以下的，一般选择28、35、39、42；扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。
扭力在几N.m或更大的情况下，就应当选择转矩更大的75、85、86、90、110、130等规格的步进电机。
同时，我们还应考虑电机的转速。
因为，电机的输出转矩，与转速成反比关系。
就是说，步进电机在低速（每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大），在高速旋转状态的转矩就很小了。
当然，有些工作环境需要高速电机，就要对步进电机的线圈电阻、电感等指标进行综合权衡。
选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。
反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。
第二步：步进电机空载启动频率，一般称为“空起频率”。
这是选购步进电机很重要的一项指标。
如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000转/分钟左右或更高。
最好选择反应式或永磁式步进电机，这些电机的“空起频率”都比较高。
第三步：步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。
其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。
相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。
大多数场合，使用两相、三相、五相混合式步进电机的比较多。
在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是很实用的。
第四步：防水防腐型步进电机能够防水、防油，适用于某些特殊场合。
例如水下机器人，就需要放水电机。
75BYG系列步进电机大多具有防水结构。
对于特种用途的电机，就要针对性选择了。
第五步：特殊规格的步进电机，通常需要和生产厂家沟通，在技术允许的范围内，加工订做。
步进电机常识步进电机常识一、概述步进电机是一种精密电动装置，可将电信号转换为机械运动，直线或旋转运动都可以。
步进电机以步进角逐次驱动转子转动，每个步进角代表转子移动的最小单位。
步进电机的控制比较简单，可用于许多自动化系统中，如CNC机床、3D打印机、自动售货机、医疗设备等。
二、类型1、永磁步进电机：通过在定子上布置多个永磁体，使电子交替上翻，在转子上形成磁极，实现转动。
2、混合式步进电机：定子和转子都有磁极，在两者之间形成磁场差，通过交替激励实现转动。
三、性能参数1、步进角度：指每次步进电机转动的角度。
2、步跳精度：指步进电机转动时的精度，一般是调整电流或闭环控制实现。
3、最大转速：转子的最大转速。
4、电阻：步进电机的电阻。
常用的有单极、双极、四极等。
5、工作温度：步进电机的工作温度范围。
6、电压、电流：步进电机的额定电压和工作电流。
四、控制方式1、全步进控制：每个步进角之间都会到达目标角度，可以实现较高的准确度，但相应需要更高的驱动能力和数码控制器。
2、半步进控制：每个步进角之间的中间位置都会达到一个偏离的角度，通过半步移动实现更高的转动精度。
3、微步进控制：通过对电流进行调整，实现更小的步进角度。
五、附件1、步进电机控制器2、电机驱动器3、配合装置4、电缆连接器六、法律名词及注释1、知识产权：知识产权是指人类在创造知识、传授知识和运用知识的过程中，享有的某种权力，包括专利、商标、著作权等。
2、质量管理体系：包括质量系统、质量策划、质量控制、质量评价、质量改进等一系列质量管理活动。
3、保密协议：保密协议是由保密双方，即信息提供方和信息接收方，签署的一种协议，用于确保信息的保密性和保护知识产权。
七、可能遇到的困难及解决办法1、步进电机过热：检查工作环境温度、步进电机外观是否有损伤，调整相应的电流参数。
2、步进电机震动过大：检查工作环境、电缆是否有松动或连接有问题，调整相应的步跳精度参数。
3、步进电机驱动器故障：检查电机驱动器是否符合要求、连接是否正常、电压是否稳定等，及时更换或修理。
步进电机资料整理1.步进电机定义步进电机是工业生产过程控制，数字程序控制(数控机床)计算机外部设备，控制仪表等常用的控制部件。
步进电机是一种将电脉冲转化为不连续的机械运动的机电装置。
当施加适当的电脉冲指令时，电机转子的出轴或外转子将会以不连续的步进增量旋转。
电机的旋转与施加的脉冲之间有几个方面的直接关系：首先所加脉冲的顺序直接决定着电机转轴旋转的方向；其次电机转轴旋转的速度取决于所加脉冲的频率，而旋转的角度或者圈数和所加的脉冲数成正比2.步进电机结构分类根据步进电机的原理和结构，基本可以分成下面两大类型：第一类：电磁型步进电机。
这种步进电机是早期的步进电机，它通常只有一个绕阻，并且仅靠电磁作用还不能使电机的转子做步进运行，必须加上相应的机械部件，才能产生步进的效果。
它有螺旋型和棘型两种。
第二类:定子和转子之间仅靠电磁作用就可以产生步进作用的步进电机。
这种电机一般有多相绕组，在定子和转子之间没有机械联系。
这种电机有良好的可靠性及速度性，工业应用上大量用于状态伺服元件、功率伺服元件、位置控制元件等。
在第二类步进电机中，根据转子的结构形式，可以分成永磁性转子电机（PM）或反应式转子电机（VR），它们可以简称为永磁式步进电机或反应式步进电机。
在永磁式步进电机中，它的转子是用永磁钢制成的，也有通过滑环供电的直流激磁绕组制成；无论如何，其转子有软材料制成齿状，转子的齿也称显极，在这种步进电机的转子中没有绕组。
3.步进电机的特点步进电机的优缺点总结如下。
优点：1)电机旋转的角度正比于脉冲数；2)电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）；3)由于每步的精度在3%-5%，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；4)优秀的启停和反转响应；5)由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命；6)电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本较低；7)仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转；8)由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。
问题：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?解答：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。
F.电机的相电流设置过大，此时需通过驱动器将电流值设置为适配值。
问题：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?解答：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）。
除上述原因以外，产生啸叫声还可能是由于负载过大造成的，高速运转时电机的输出扭矩会下降，无法满足负载要求时电机发生堵转，并且啸叫声会随着频率的高低变化而变化，解决办法是降低转速或更换扭矩更大的电机。
此外电机在高速运行停止后会出现短促的啸叫声，这是由对相电流进行斩波造成的，只需将驱动器面板上的自动半流设置为有效即可。
问题：步进电机的外表温度允许达到多少?解答：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。
问题：步进电机精度为多少？是否累积?解答：一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
问题：什么是DETENT TORQUE?解答：DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。
DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，也有电机厂家把这个参数称为定位转矩；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。
问题：什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）?解答：保持转矩（HOLDING TORQUE）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。
题：步进电机如何分类，分哪几种?解答：步进电机按照电机结构分为三种：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；多半用于价格低廉的消费性产品。
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；混进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、三相和五相：两相步距角一般为1.8度，三相步距角为0.9度，而五相步距角一般为0.72度。
混进合式步进是工业运动控制应用最常见的电机。
此外，按照电机驱动架构又可分为单极性(unipolar) 和双极性(bipolar) 步进电机。
单极性驱动电路使用四颗晶体管来驱动步进电机的两组相位，电机结构则如图1所示包含两组带有中间抽头的线圈，整个电机共有六条线与外界连接。
这类电机有时又称为四相电机，但这种称呼容易令人混淆又不正确，因为它其实只有两个相位，精确的说法应是双相位六线式步进电机。
六线式步进电机虽又称为单极性步进电机，实际上却能同时使用单极性或双极性驱动电路。
图1：单极性步进电机驱动电路双极性步进电机的驱动电路则如图2所示，它会使用八颗晶体管来驱动两组相位。
双极性驱动电路可以同时驱动四线式或六线式步进电机，虽然四线式电机只能使用双极性驱动电路，它却能大幅降低量产型应用的成本。
双极性步进电机驱动电路的晶体管数目是单极性驱动电路的两倍，其中四颗下端晶体管通常是由微控制器直接驱动，上端晶体管则需要成本较高的上端驱动电路。
双极性驱动电路的晶体管只需承受电机电压，所以它不像单极性驱动电路一样需要箝位电路。
图2：双极性步进电机驱动电路问题：什么是步进电机?解答：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）。
您可以通过控制上位控制系统发出的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。
问题：如何控制步进电机的转动方向?解答：当您的控制器（上位机）发出的是双脉冲（即正负脉冲）或脉冲信号的幅值不匹配时，需要用我们的信号模块转换为5V单脉冲（脉冲加方向）。
1.输入为双脉冲信号模块的拨码开关应拨到“双脉冲”位置。
当发正脉冲时，电机正转；当发负脉冲时，电机反转。
正负脉冲不可同时给，具体时序可参照信号模块说明书。
2.输入为单脉冲信号模块的拨码开关应拨到“单脉冲”位置。
当有脉冲输出时电机转动，改变方向信号的高低电平可改变电机转动方向。
具体时序可参照信号模块说明书。
问题：步进电机发热是否属于正常现象，一般温度范围是多少?解答：1，电机发热的原理：我们通常见到的各类电机，内部都是有铁芯和绕组线圈的。
绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方成正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。
铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。
步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。
2，步进电机发热的合理范围：电机发热允许到什么程度，主要取决于电机内部绝缘等级。
内部绝缘性能在高温下（130度以上）才会被破坏。
所以只要内部不超过130度，电机不会损环，而这时表面温度会在90度以下。
所以，步进电机表面温度在70-80度都是正常的。
简单的温度测量方法有用点温计的，也可以粗略判断：用手可以触摸1-2秒以上，不超过60度；用手只能碰一下，大约在70-80度；滴几滴水迅速气化，则90度以上了。
3，步进电机发热随速度变化的情况：采用恒流驱动技术时，步进电机在静态和低速下，电流会维持恒定，以保持恒力矩输出。
速度高到一定程度，电机内部反电势升高，电流将逐步下降，力矩也会下降。
因此，因铜损带来的发热情况就与速度相关了。
静态和低速时一般发热高，高速时发热低。
但是铁损（虽然占的比例较小）变化的情况却不尽然，而电机整个的发热是二者之和，所以上述只是一般情况。
4，发热带来的影响：电机发热虽然一般不会影响电机的寿命，对大多数客户没必要理会。
但是严重时会带来一些负面影响。
如电机内部各部分热膨胀系数不同导致结构应力的变化和内部气隙的微小变化，会影响电机的动态响应，高速会容易失步。
又如有些场合不允许电机的过度发热，如医疗器械和高精度的测试设备等。
因此对电机的发热应当进行必要的控制。
5，如何减少电机的发热：减少发热，就是减少铜损和铁损。
减少铜损有两个方向，减少电阻和电流，这就要求在选型时尽量选择电阻小和额定电流小的电机，对两相电机，能用串联的电机就不用并联电机。
但是这往往与力矩和高速的要求相抵触。
对于已经选定的电机，则应充分利用驱动器的自动半流控制功能和脱机功能，前者在电机处于静态时自动减少电流，后者干脆将电流切断。
另外，细分驱动器由于电流波形接近正弦，谐波少，电机发热也会较少。
减少铁损的办法不多，电压等级与之有关，高压驱动的电机虽然会带来高速特性的提升，但也带来发热的增加。
所以应当选择合适的驱动电压等级，兼顾高速性，平稳性和发热，噪音等指标。
问题：产品目录上转动惯量的指标很小，选型时如何考虑?解答：如果对动态响应要求比较高，建议选择电机的转动惯量最好为负载转动惯量的2倍，否则只要负载的转动惯量小于电机的转动惯量即可。
问题：伺服电机和步进电机相比，有何优势？解答：和步进电机相比，伺服电机有以下几点优势：1、实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题；2、高速性能好，一般额定转速能达到2000～3000转；3、抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；4、低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。
适用于有高速响应要求的场合；5、电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内；6、发热和噪音明显降低。
问题：交流伺服电机的工作原理是什么呢?解答：伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。
伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）问题：两相和五相的混合式步进电机的应用场合有何不同？解答：一般来说，两相电机步距角大，高速特性好,但是存在低速振动区。
而五相电机步距角小，低速运行平稳。
所以，在对电机的运转精度要求较高，且主要在中低速段（一般低于600转/分）的场合应选用五相电机；反之，若追求电机的高速性能，对精度及平稳性无太多要求的场合应选用成本较低的两相电机。
另外，五相电机的力矩通常在2NM以上，对小力矩的应用，一般采用两相电机，而低速平稳性的问题可以通过采用细分驱动器的方式解决。
问题：步进电机的"保持转矩"和"定位转矩"有何不同？解答：保持转距是指电机各相绕组通额定电流，且处于静态锁定状态时，电机所能输出的最大转距。
是电机选型时最重要的参数之一。
定位转距是指电机各相绕组不通电且处于开路状态时，由于混合式电机转子上有永磁材料产生磁场，从而产生的转距。
一般定位转距远小于保持转距。
是否存在定位转距是混合式步进电机区别于反应式步进电机的重要标志。
问题：两相电机和四相电机有何不同?解答：真正的两相步进电机在定子上只有两个绕组，有4根出线，一般整步步距角为1.8度，半步为0.9度。
在驱动器中，只要对两相绕组电流通断和电流方向进行控制就可以了。
而四相步进电机在定子上有四个绕组，有8根出线，整步为0.9度，半步为0.45度，不过在驱动器中需要对四个绕组进行控制，电路的复杂性和成本都明显增加。
