步進(jìn)電機(jī)的基礎(chǔ)知識(shí)

1、名師整理優(yōu)秀資源步進(jìn)電機(jī)原理（一）步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖 信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加 上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。目前，生產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的

2、廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠自行開(kāi)發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家只一、二十人，連最 基本的設(shè)備都沒(méi)有。僅僅處于一種盲目的仿制階段。這就給戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。簽于上述情況，我們決定以 廣泛的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)為例。敘述其基本工作原理。望能對(duì)廣大用戶在選型、使用、及整機(jī)改進(jìn)時(shí)有所幫助。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)工作原理（一）反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理比較簡(jiǎn)單。下面先敘述三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)原理。1、結(jié)構(gòu)：電機(jī)轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個(gè)勵(lì)磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯(cuò)開(kāi)。0、1/3疋、2/3T,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以疋表示），即卩A與

3、齒1相對(duì)齊，B與齒2向右錯(cuò)開(kāi)1/3 T，C與齒3向右錯(cuò)開(kāi)2/3 T，A'與齒5相對(duì)齊，（A就是A,齒5就是齒1）旋轉(zhuǎn)：如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒 1與A對(duì)齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。如B相通電，A，C 相不通電時(shí)，齒2應(yīng)與B對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子向右移過(guò)1/3 T,此時(shí)齒3與C偏移為1/3 T,齒4與A偏移（T -1/3 T） =2/3 T。 如C相通電，A，B相不通電，齒3應(yīng)與C對(duì)齊，此時(shí)轉(zhuǎn)子又向右移過(guò) 1/3 T,此時(shí)齒4與A偏移為1/3 T對(duì)齊。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對(duì)齊，轉(zhuǎn)子又向右移過(guò)1/3 T這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4 （即齒1前一

4、齒） 移到A相，電機(jī)轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A通電，電機(jī)就每步（每脈沖）1/3 T,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A通電，電機(jī)就反轉(zhuǎn)。由此可見(jiàn)：電機(jī)的位置和速度由導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。不過(guò)，出于對(duì)力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC C-CA-A這種導(dǎo)電狀態(tài)，這樣將原來(lái)每步1/3 T改變?yōu)?/6 T。甚至于通過(guò)二相電流不同的組合，使其1/3 T變?yōu)?/12 T，1/24 T,這就是電機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)的基本理論依據(jù)。不難推出：電機(jī)定子上有 m相勵(lì)磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m（m-1）/m,1。并且

5、導(dǎo)電按一定的相序電機(jī)就能正反轉(zhuǎn)被控制一一這是步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的物理?xiàng)l件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步 進(jìn)電機(jī)，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。3、力矩：電機(jī)一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量 ）當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯(cuò)開(kāi)一定角度產(chǎn)生力F與（d0/d J成正比其磁通量e=Br*S Br為磁密，S為導(dǎo)磁面積F與L*D*Br成正比L為鐵芯有效長(zhǎng)度，D為轉(zhuǎn)子直徑 Br=N l/RN I為勵(lì)磁繞阻 安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機(jī)有效體積*安匝數(shù)*磁密成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機(jī)有效 體積越大，勵(lì)磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機(jī)力矩越大，反之

6、亦然。二）感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)1、特點(diǎn)： 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁 只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較 強(qiáng)的反電勢(shì)，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動(dòng)小。感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動(dòng)），而反應(yīng)式電機(jī)則不能 如此。例如：四相，八相運(yùn)行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為 C=,

7、D=. 一個(gè)二 相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī) 的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用2、 分類 感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號(hào)（電機(jī)外徑）可分為：42BYG（BYG為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號(hào)）、57BYG 86BYG 110BYG（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)），而像 70BYG 90BYG 130BYG等均為國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。3、 步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語(yǔ)相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用 m表示。拍數(shù)：完

8、成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用 n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB 四相八拍運(yùn)行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用0表示。9 =360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為9 =360度/ （50*4 ） =1.8度（俗稱整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為9 =360度/ （50*8 ） =0.9度（俗稱半步）。定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）靜轉(zhuǎn)矩

9、：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力 矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過(guò)份采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。4、步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)：1、 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在 15%以內(nèi)。2、失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。3、失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電

10、機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。4、 最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。5、 最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。6、 運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線 中最重要的，也是電機(jī)選擇的根。其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特

11、性越硬。如下圖所示其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為 負(fù)載的最大速度點(diǎn)。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。7、電機(jī)的共振點(diǎn):步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。8、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制： 當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA或（）時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)?/p>

12、 DA-CA-BC-AB或（）時(shí)為反轉(zhuǎn)。三、驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成 使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下:1脈沖信號(hào)的產(chǎn)生。脈沖信號(hào)一般由單片機(jī)或 CPI產(chǎn)生，一般脈沖信號(hào)的占空比為030.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。2、信號(hào)分配器（又名脈沖分配器）感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為，步距角為1.8度；二相八拍為，步距角為0.9度。四相電機(jī)工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,（步距角為0.9度）。3、功率放

13、大功率放大是驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(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(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種： 恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。為盡量提高電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，將信號(hào)分配、功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。我廠生產(chǎn)的SH系列二相恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及電機(jī)接線圖如下：脈沖信號(hào) TJT單片機(jī)或丹+5V地CP a0PT° HFREE DIR BVCC GNDaZ3O說(shuō)明：CP接CPU脈沖信號(hào)（

14、負(fù)信號(hào)，低電平有效）OPTO接 CPU+5VFREE脫機(jī)，與CPU地線相接，驅(qū)動(dòng)電源不工作 DIR方向控制，與CPU地線相接，電機(jī)反轉(zhuǎn)VCC直流電源正端GND直流電源負(fù)端A接電機(jī)引出線紅線 接電機(jī)引出線綠線B接電機(jī)引出線黃線 接電機(jī)引出線藍(lán)線步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)電源的電壓越 高。電壓對(duì)力矩影響如下：力矩高壓頻率步進(jìn)電機(jī)原理（三）4、細(xì)分驅(qū)動(dòng)器在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的原理是通過(guò)改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。四、步進(jìn)電機(jī)的

15、應(yīng)用（一）步進(jìn)電機(jī)的選擇步進(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(hào)便確定下來(lái)了。1、 步距角的選擇 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(gè)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(chǎng)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。2、靜力矩的選擇 步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，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

16、的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)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倍內(nèi)好,靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）3、電流的選擇 靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)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(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）綜上所述選擇電機(jī)一般應(yīng)遵循以下步驟：4、力矩與功率換算步進(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(lái)衡量，力矩與功率換算如下：P= Q M Q =2n n/60P=2兀nM/60其P為功率單位為瓦，Q為每秒角速度，單位為弧

17、度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓米 P=2 n fM/400（半步工作）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱 PPS）（二）、應(yīng)用中的注意點(diǎn)1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合-每分鐘轉(zhuǎn)速不超過(guò)1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS），最好在1000-3000PPS（0.9度）間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為 12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)

18、然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過(guò)要考慮溫升。4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。6、 高精度時(shí)，應(yīng)通過(guò)機(jī)械減速、提高電機(jī)速度，或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機(jī)，不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話。7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。8、電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。五、其他說(shuō)

19、明有關(guān)低頻振動(dòng)、升降速、機(jī)械共振、工作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的誤差、 平面圓弧X、丫插補(bǔ)誤差以及其他問(wèn)題。 具體解決辦法恕不便在此敘述， 我廠用戶可來(lái)電咨詢，可根據(jù)具體情況解決。不同廠家的電機(jī)在設(shè)計(jì)、使用材料及加工工藝方面差別很大，選用步進(jìn)電機(jī)應(yīng)注重可靠性而輕性能、重品質(zhì)而輕價(jià)格。最好采用同一生產(chǎn)廠家的控制器、驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。這樣便于最終維護(hù)。步進(jìn)電機(jī)的類型對(duì)于業(yè)余愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，最容易得到的步進(jìn)電機(jī)是單極性 （又稱雙線或4相）和雙極性（又稱 單線或兩相）步進(jìn)電機(jī)。一、單極性步進(jìn)電機(jī)這種步進(jìn)電機(jī)之所以稱為單極性是因?yàn)槊總€(gè)繞組中電流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)。它也被稱為兩線步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗缓袃蓚€(gè)線圈。 兩個(gè)線圈的極性相反

20、，卷繞在同一鐵芯上，具有同 一個(gè)中間抽頭。單極性步進(jìn)電機(jī)還被稱為 4相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗?個(gè)激勵(lì)繞組。單極性步 進(jìn)電機(jī)的引線有5或6根。如果步進(jìn)電機(jī)的引線是 5根，那么其中一根是公共線 （連接到V+），其他4根分別連到 電機(jī)的4相。如果步進(jìn)電機(jī)的引線是 6根，那么它是多段式單極性步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)繞組，每個(gè)繞組分別有一個(gè)中間抽頭引線。但是如何分辨這些引線呢？請(qǐng)繼續(xù)讀下述內(nèi)容。1分辨5線單極性步進(jìn)電機(jī)接頭為了找出5線單極性步進(jìn)電機(jī)各條引線的正確配置，事先需要做一番實(shí)際上很簡(jiǎn)單的考察。圖1給出了 5線步進(jìn)電機(jī)的基本引線配置。為了找出正確的引線順序并使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，需要一塊電池和一段膠帶（當(dāng)然也需要一個(gè) 5

21、引線步進(jìn)電機(jī)）。備好記號(hào)筆來(lái)標(biāo)注引線以便分辨它們。按以下步驟操作： 用數(shù)字萬(wàn)用表找到公共線。其他引線與公共線之間的電阻測(cè)量值都相同。將此線連接到電池的 V+。5V或6V就足夠測(cè)試用了。 膠帶粘貼到步進(jìn)電機(jī)的輸出鈾上，并使它垂直于軸端伸出成為一個(gè)標(biāo)志。此標(biāo)志的作用在于判斷電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)。 任意挑出一條引線稱之為相1。若將此線接地，則電機(jī)輸出軸將做輕微的轉(zhuǎn)動(dòng)。現(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)被鎖定在相 1的位置上。如圖2所示。 取另一根引線并將其接地，仔細(xì)觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向右輕微地旋轉(zhuǎn)，那么此根引線是相 2。如圖3所示。 取另一根線并將其接地，仔細(xì)觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向左輕微地旋轉(zhuǎn)，那么此根引線

22、是相4。如圖4所示。 再取另一根線并將其接地，仔細(xì)觀察輸出軸上膠帶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果輸出軸不旋轉(zhuǎn)， 那么此根引線就是相 3。如圖5所示。2. 分辨6線單極性步進(jìn)電機(jī)接頭回收打印機(jī)舊電機(jī)時(shí)最常遇到這種類型的單極性步進(jìn)電機(jī)。6線單極性步進(jìn)電機(jī)通常看起來(lái)像是兩個(gè)單段式電機(jī)疊放在一起，每個(gè)單段有3根線引出（參見(jiàn)圖6）。這種步進(jìn)電機(jī)的引線非常容易分辨。分辨6線步進(jìn)電機(jī)引線順序的工作相當(dāng)簡(jiǎn)單。如果它的結(jié)構(gòu)形式是多段式步進(jìn)電機(jī)，那么引線的順序?qū)嶋H上已經(jīng)給出了，用數(shù)字萬(wàn)用表可以找出每對(duì)繞組的公共線。只要保持繞組對(duì)的兩根引線對(duì)應(yīng)一致，它們的順序并無(wú)關(guān)緊要，僅會(huì)影響電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向而已。如果不是多段式的 6線步進(jìn)電機(jī)

23、，可以按以下步驟確定繞組對(duì)的引線： 使用數(shù)字萬(wàn)用表找出每對(duì)繞組的公共端。 照上述方法能找出兩個(gè)繞組對(duì)，分隔它們并加以標(biāo)記。請(qǐng)將其中一個(gè)繞組對(duì)標(biāo)記為 A和C（也可以是1和3）,另一個(gè)標(biāo)記為B和D（也可以是2和4）。在每一對(duì)繞組中，哪條引線 是何順序并不重要，只要成對(duì)就足夠了。二、單極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式單極性步進(jìn)電機(jī)可以來(lái)用三種步進(jìn)方式：?jiǎn)闻?、雙拍、半拍方式。 單拍步進(jìn)方式是指每次僅給一個(gè)繞組通電， 結(jié)果導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)子永磁體與具有相反極性的繞組對(duì)齊 的位置。雙拍方式同時(shí)給兩個(gè)繞組通電，這樣就導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)， 并在永磁體到達(dá)兩個(gè)通電繞組的中間位置點(diǎn)時(shí)平衡。雙拍方式的優(yōu)點(diǎn)是比單拍方式多獲得

24、41.4 %的輸出力矩，不過(guò)代價(jià)是需要花費(fèi)后者兩倍的能量，因?yàn)樗袃上嗬@組同時(shí)通電。最后，半拍方式工作時(shí)則讓兩個(gè)繞組通電與單個(gè)繞組通電方式交替地進(jìn)行。半拍方式的輸出力矩比雙拍方式小，隨設(shè)計(jì)不同，在15% 30%之間變化，不過(guò)它可以獲得雙拍方式兩倍的步進(jìn)分辨率（每周兩倍的步數(shù)）。表1到表3給出了在這三種步進(jìn)方式下繞組通電的過(guò)程。要使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)， 只需將通電過(guò)程反向即可。三、雙極性步進(jìn)電機(jī)雙極性步進(jìn)電機(jī)之所以如此命名，是因?yàn)槊總€(gè)繞組都可以兩個(gè)方向通電。因此每個(gè)繞組都既可以是N極又可以是S極。它又被稱為單繞組步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)槊繕O只有單一的繞組， 它還被稱為兩相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)榫哂袃蓚€(gè)分離的線圈。雙極性

25、步進(jìn)電機(jī)有四根引線， 每個(gè)繞組兩條。與同樣尺寸和重量的單極性步進(jìn)電極相比,雙極性步進(jìn)電機(jī)具有更大的驅(qū)動(dòng)能力，原因在于其磁極（不是中間抽頭的單一線圈）中的場(chǎng)強(qiáng)是單極性步進(jìn)電機(jī)的兩倍。雙極性步進(jìn)電機(jī)的每個(gè)繞組需要一個(gè)可逆電源，通常由H橋驅(qū)動(dòng)電路提供。由于雙極性步進(jìn)電機(jī)比單極性步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩大，因此總是應(yīng)用于空間有限的設(shè)計(jì)中。這也是軟盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭步進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)之所以總是采用雙極性步進(jìn)電機(jī) 的原因?？梢韵喈?dāng)簡(jiǎn)單地使用數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)查找兩個(gè)繞組。如果在某兩根引線之間能夠測(cè)量到阻值，那么這兩根引線之間就屬于一個(gè)繞組，其他兩根線之間是另外一個(gè)繞組。雙極性步進(jìn)電機(jī)的步距通常是1.8°,也就是

26、每周 200步。四、雙極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式雙極性步進(jìn)電機(jī)具有和單極性步進(jìn)電機(jī)相同的步進(jìn)方式，僅僅由于繞組配置的不同，在實(shí)現(xiàn)上存在一些差別。雙極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式如表4到表6所示。五、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式的相似之處如果讀者是聰明的，或者在實(shí)踐時(shí)很細(xì)心， 也許就會(huì)注意到單極性步進(jìn)電機(jī)和雙極性步 進(jìn)電機(jī)在步進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式上是極其相似的。以前面介紹的單極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式表格為 例，交換列B和列C的位置，將所有的“通”替換為“ + ”，然后在與狀態(tài)為“ + ”的引線同 一繞組的另一列中補(bǔ)上“-”，就將看到和上面雙極性步進(jìn)電機(jī)同樣格式的表格，只是電機(jī)的 轉(zhuǎn)向相反。這說(shuō)明控制單極性步進(jìn)電機(jī)的任何邏輯也可以用來(lái)驅(qū)

27、動(dòng)雙極性步進(jìn)電機(jī)。注意是邏輯，而非驅(qū)動(dòng)電路。雙極性步進(jìn)電機(jī)的繞組需要H橋電路，而單極性步進(jìn)電機(jī)僅僅需要一個(gè)簡(jiǎn)單的晶體管開(kāi)關(guān)。 做到在控制單極性步進(jìn)電機(jī)和雙極性步進(jìn)電機(jī)之間切換，惟一需要的變化是交換B和C的邏輯輸出。六、通用步進(jìn)電機(jī)如圖7所示，通用步進(jìn)電機(jī)有 8根引線。它既可配置為單極性也可配置為雙極性步進(jìn)電 機(jī)。在分辨這類步進(jìn)電機(jī)的繞組時(shí)可能使用戶產(chǎn)生某些困惑，因?yàn)樾枰莆照_的繞組極性以及順序。通常，僅僅依靠觀察是無(wú)法確定繞組的極性的。幸運(yùn)的是，可以通過(guò)電子測(cè)量的方法來(lái)推斷它。1 分辨通用步進(jìn)電機(jī)繞組的極性為了測(cè)量和確定通用步進(jìn)電機(jī)的繞組極性，需要一個(gè)電源或電池組，以及一塊數(shù)字萬(wàn)用表。請(qǐng)遵循

28、以下步驟進(jìn)行： 首先，使用數(shù)字萬(wàn)用表的歐姆檔找出4個(gè)引線對(duì)，從而確定 4個(gè)繞組。 選擇兩個(gè)繞組，并各選一條引線相互短接。將數(shù)字萬(wàn)用表切換到AC電壓的20V檔，將數(shù)字萬(wàn)用表的兩個(gè)表筆連接到正在測(cè)量的兩個(gè)繞組的末端。 轉(zhuǎn)電機(jī)軸，如果得到 2V左右的電壓讀數(shù)，那么就找到了同一組的繞組，也就確定了它們的極性（參見(jiàn)圖8）。如果萬(wàn)用表的讀數(shù)是 0V,同樣也確定了繞組的極性，它們的極性相反（參見(jiàn)圖9）。切換到繞組的另一根引線并短接到另一繞組，以驗(yàn)證前面的假設(shè)。 標(biāo)注引線以指示繞組的極性。 至于哪一端定為上述圖示中所標(biāo)示的記號(hào)黑點(diǎn)端并不重 要，只要你知道如何分組即可。2 配置通用步進(jìn)電機(jī)極性的方法這一小節(jié)講述

29、配置通用步進(jìn)電機(jī)極性的三種方式：?jiǎn)螛O性、雙極性串聯(lián)和雙極性并聯(lián)。tl9 松 F MN-r-圖10所示的配置模擬了一個(gè) 6繞組的單極性步進(jìn)電機(jī)。圖11所示的雙極性配置可以以較低的工作頻率傳遞較高的力矩。它的工作頻率無(wú)法較高，是因?yàn)榇?lián)繞組具有高的磁阻，因此電流無(wú)法快速達(dá)到峰值。圖12所示的雙極性并聯(lián)配置步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩小于雙極性串聯(lián)配置，但是它具有更 高的工作頻率，因?yàn)椴⒙?lián)繞組配置具有低磁阻，電流可以快速達(dá)到峰值。七、有關(guān)步進(jìn)電機(jī)極性配置的結(jié)束語(yǔ)至今為止，讀者可能已看到了 6線單極性步進(jìn)電機(jī)和串聯(lián)配置的通用步進(jìn)電機(jī)之間的令人驚異的相同點(diǎn)。事實(shí)上，可以通過(guò)忽略兩條公共繞組的連接，將一個(gè)6線單極性

30、步進(jìn)電機(jī)用作雙極性步進(jìn)電機(jī)。作者已經(jīng)測(cè)試過(guò)，并且工作狀態(tài)良好。*0 I0C11(1i1a3i3-4» >IA4取戟牲步道電執(zhí)的險(xiǎn)Wj'bil (jXA*D*cD1-1t i L ' 1* n*41 4-1.14車-*施2猷帕申建方式At植tl WiS咆機(jī)的赳怕松1（療式4n*gCD1!I-1:*44卡"i+14jl44-1-1A14!JL-$d+- 4T+4tfj A應(yīng)出H涉玷申執(zhí)的半稻護(hù)址站戊步進(jìn)電機(jī)問(wèn)答1. 什么是步進(jìn)電機(jī)？步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè) 定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一

31、個(gè)固定的角度（及步進(jìn)角）。您可以通過(guò)控制脈沖個(gè)數(shù)來(lái)控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可 以通過(guò)控制脈沖頻率來(lái)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。2.步進(jìn)電機(jī)分哪幾種？步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM ，反應(yīng)式（VR和混合式（HB永磁式步進(jìn)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)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一 般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。3. 什么是保持轉(zhuǎn)矩（

32、HOLDING TORQUE?保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒(méi)有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，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(shí)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(shuō)2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。4. 什么是 DETENT TORQUE?DETENT TORQL是指步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQU在國(guó)內(nèi)沒(méi)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

33、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒(méi)有DETENT TORQUE5. 步進(jìn)電機(jī)精度為多少？是否累積 ？一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 3-5%,且不累積。6. 步進(jìn)電機(jī)的外表溫度允許達(dá)到多少 ？步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)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(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)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。7. 為什么步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降？當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電

34、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. 為什么步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲?步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加 速過(guò)程，即啟動(dòng)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?gòu)牡退偕礁咚伲?. 如何克服兩相混合式步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)和噪聲?步進(jìn)電機(jī)低速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲大是其固有的缺點(diǎn)，一般可采用以下方案來(lái)克服：A. 如步進(jìn)電機(jī)正好工作在

35、共振區(qū)，可通過(guò)改變減速比等機(jī)械傳動(dòng)避開(kāi)共振區(qū)；B. 采用帶有細(xì)分功能的驅(qū)動(dòng)器，這是最常用的、最簡(jiǎn)便的方法；C. 換成步距角更小的步進(jìn)電機(jī)，如三相或五相步進(jìn)電機(jī)；D. 換成交流伺服電機(jī)，幾乎可以完全克服震動(dòng)和噪聲，但成本較高；E. 在電機(jī)軸上加磁性阻尼器，市場(chǎng)上已有這種產(chǎn)品，但機(jī)械結(jié)構(gòu)改變較大。10. 細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)是否能代表精度 ？步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請(qǐng)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(dòng)，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。比如對(duì)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(dòng)器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為4,那么電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)分辨率為

36、每個(gè)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(dòng)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(dòng)器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。11. 四相混合式步進(jìn)電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別？四相混合式步進(jìn)電機(jī)一般由兩相驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)，因此，連接時(shí)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(chǎng)合使用，此時(shí)需要的驅(qū)動(dòng)器輸出電流為電機(jī)相電流的0.7倍，因而電機(jī)發(fā)熱小；并聯(lián)接法一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速較高的場(chǎng)合使用（又稱高速接法），所需要的驅(qū)動(dòng)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。12. 如何確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的直流供電電

37、源 ？A. 電壓的確定混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的供電電源電壓一般是一個(gè)較寬的范圍（比如IM483的供電電壓為1248VDC，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(lái)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(guò)驅(qū)動(dòng)器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動(dòng)器。B. 電流的確定供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動(dòng)器的輸出相電流I來(lái)確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I的1.11.3倍；如果采用開(kāi)關(guān)電源，電源電流一般可取I的1.52.0倍。13. 混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脫機(jī)信號(hào) FREE-般在什么情況下使用？當(dāng)脫機(jī)信號(hào)FREE為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)器輸出到電機(jī)的電流被切斷，電機(jī)

38、轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機(jī)狀態(tài)）。在有些自動(dòng)化設(shè)備中，如果在驅(qū)動(dòng)器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸（手動(dòng)方式），就可以將FREE信號(hào)置低，使電機(jī)脫機(jī)，進(jìn)行手動(dòng)操作或調(diào)節(jié)。手動(dòng)完成后，再將FREE信號(hào)置高，以繼續(xù)自動(dòng)控制。14.如果用簡(jiǎn)單的方法調(diào)整兩相步進(jìn)電機(jī)通電后的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?只需將電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器接線的 A+和A-（或者B+和B-）對(duì)調(diào)即可。關(guān)于驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分原理及一些相關(guān)說(shuō)明（轉(zhuǎn)載）在國(guó)外，對(duì)于 步進(jìn)系統(tǒng)，主要采用二相混合式步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。但在國(guó)內(nèi)，廣大用戶對(duì)“細(xì)分”還不是特別了解，有的只是認(rèn)為，細(xì)分是為了提高精度，其實(shí)不然，細(xì)分主要是改善電機(jī)的運(yùn)行性能，現(xiàn)說(shuō)明如下：步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制是由

39、驅(qū)動(dòng)器精確控 制步進(jìn)電機(jī)的相電流來(lái)實(shí)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(dòng)器（如常用的恒流斬波方式）驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)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(huì)引起電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)和噪音。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，在10細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)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(dòng)和噪音，因此，在性能上的優(yōu)點(diǎn)才是細(xì)分的真正優(yōu)點(diǎn)。由于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器要精確控制電機(jī)的相電流，所以對(duì)驅(qū)動(dòng)器要有相當(dāng)高的技術(shù)要求和工藝要求，成本亦會(huì)較高。注意，國(guó)內(nèi)有一 些驅(qū)動(dòng)器采用“平滑”

40、來(lái)取代細(xì)分，有的亦稱為細(xì)分，但這不是真正的細(xì)分，望廣大用戶一 定要分清兩者的本質(zhì)不同：15. “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(lái)精確定位的。16. 電機(jī)的相電流被平滑后， 會(huì)引起電機(jī)力矩的下降，而細(xì)分控制不但不會(huì)引起電機(jī)力矩的下降，相反，力矩會(huì)有所增加。17.兩相和五相的混合式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)合有何不同？問(wèn)題解答：一般來(lái)說(shuō)，兩相電機(jī)步距角大，高速特性好 ，但是存在低速振動(dòng)區(qū)。而五相電機(jī)步距角小，低速運(yùn)行平穩(wěn)。所以，在對(duì)電機(jī)的 運(yùn)轉(zhuǎn)精度要求較高，且主要在中低速段（一般低于 600轉(zhuǎn)/ 分） 的場(chǎng)合應(yīng)選用五相電機(jī)；反之，

41、若追求電機(jī)的高速性能，對(duì)精度及平穩(wěn)性無(wú)太多要求的場(chǎng)合應(yīng)選用成本較低的兩相電機(jī)。另外，五相電機(jī)的力矩通常在 2NM以上,對(duì)小力矩的應(yīng)用，一般采用兩相電機(jī)，而低速平穩(wěn)性的問(wèn)題可以通過(guò)采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器的方式解決。和步進(jìn)電機(jī)相比，伺服電機(jī)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：1、實(shí)現(xiàn)了位置，速度和力矩的閉環(huán)控制；克服了步進(jìn)電機(jī)失步的問(wèn)題；2、高速性能好，一般額定轉(zhuǎn)速能達(dá)到 20003000轉(zhuǎn)；3、抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用；4、低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。適用于有高速響應(yīng)要求的場(chǎng)合；5、 電機(jī)加減速的動(dòng)態(tài)相應(yīng)時(shí)間短，一般在幾十毫秒之

42、內(nèi)；6、發(fā)熱和噪音明顯降低。附：步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語(yǔ)：1、步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運(yùn)行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。2、失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。3、失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采 用細(xì)分驅(qū)動(dòng)是不能解決的。4、最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大 頻率。5、最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻

43、率。6、運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動(dòng)態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下圖所示：其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性等。電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn) 行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性 越硬。如下圖所示：其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為 負(fù)載的最大速度點(diǎn)。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。7、電機(jī)的共振點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子

44、式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓越高，電機(jī)電流 越大，負(fù)載越輕，電機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不 失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。8、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)?AB-BC-CD-DA 或()時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-CA-BC-AB 或()時(shí)為反轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分步進(jìn)電機(jī)是一種將離散的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移或線位移的電磁機(jī)械裝置，它具有轉(zhuǎn)矩大、慣性小、響應(yīng)頻率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在當(dāng)今工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用，但其步矩角較大，一般為1.5o3o

45、，往往滿足不了某些高精密定位、 精密加工等方面的要求。實(shí)現(xiàn)細(xì)分驅(qū)動(dòng)是減小步距角、提高步進(jìn)分辨率、增加電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)性的一種行之有效的方法。本文在選擇了合理的電流波形的 基礎(chǔ)上，提出了基于Intel 80C196MC單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)恒轉(zhuǎn)矩細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案，其運(yùn)行功耗小，可靠性高，通用性好，具有 很強(qiáng)的實(shí)用性。細(xì)分電流波形的選擇及量化步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻的圓形 旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成 磁場(chǎng)矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。因此，要

46、想實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩均勻細(xì)分控制，必須合理控制電機(jī)繞組中 的電流，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部合成磁場(chǎng)的幅值恒定，而且每個(gè)進(jìn)給脈沖所引起的合成磁場(chǎng)的角度變化也要均勻。我們知道在空間彼 此相差2p/m的m相繞組，分別通以相位上相差 2p/m而幅值相同的正弦電流，合成的電流矢量便在空間作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且幅值保 持不變。這一點(diǎn)對(duì)于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)比較困難，因?yàn)榉磻?yīng)式步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)只與繞組電流的絕對(duì)值有關(guān)，而與電流的 正反流向無(wú)關(guān)。以比較經(jīng)濟(jì)合理的方式對(duì)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)步距角的任意細(xì)分，繞組電流波形宜采用如圖1所示的形式。圖中，a為電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的角度。ib滯后于ia，ic超前于ia。此時(shí)，合成電流

47、矢量在所有區(qū)間b= lme-ja，從而保證合成磁場(chǎng)幅值恒定，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。且步進(jìn)電機(jī)在這種情況下也最為平穩(wěn)。將繞組電流根據(jù)細(xì)分倍數(shù)均勻量化后， 所得細(xì)分步距角也是均勻的。為了進(jìn)一步得到更加均勻的細(xì)分步距角，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)取一組在通入量化電流波形時(shí)的步進(jìn)電機(jī)細(xì)分步距的數(shù)據(jù)，然后對(duì)其誤差進(jìn)行差值補(bǔ)償，求得實(shí)際的補(bǔ)償電流曲線。這些工作大部分由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。1aMilara卻ral 卜;念傳感器岱匕輸入保護(hù)電貉OZAlljg”盅1ih和! r：檸制仁勺辦波訕斬波比較電路電流仁號(hào)圖2硬件系統(tǒng)原理框圖步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分控制，從本質(zhì)上講是通過(guò)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組中電流的控制，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的合成磁場(chǎng)為均勻

48、的圓形旋轉(zhuǎn) 磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分。一般情況下，合成磁場(chǎng)矢量的幅值決定了步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)力矩的大小，相鄰兩合成磁場(chǎng) 矢量之間的夾角大小決定了步距角的大小。因此，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩均勻細(xì)分控制，必須合理控制電機(jī)繞組中的電 流，使步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部合成磁場(chǎng)的幅值恒定，而且每個(gè)進(jìn)給脈沖所引起的合成磁場(chǎng)的角度變化也要均勻。我們知道在空間彼此相 差2p/m的m相繞組，分別通以相位上相差 2p/m而幅值相同的正弦電流，合成的電流矢量便在空間作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且幅值保持不 變。這一點(diǎn)對(duì)于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)來(lái)說(shuō)比較困難，因?yàn)榉磻?yīng)式步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)只與繞組電流的絕對(duì)值有關(guān)，而與電流的正反流向無(wú)關(guān)。以比較經(jīng)濟(jì)合

49、理的方式對(duì)三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)步距角的任意細(xì)分，繞組電流波形宜采用如圖1所示的形式。圖中，a為電機(jī)轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的角度。ib滯后于ia，ic超前于ia。此時(shí)，合成電流矢量在所有區(qū)間b= lme-ja，從而保證合成磁場(chǎng)幅值恒定，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩運(yùn)行。且步進(jìn)電機(jī)在這種情況下也最為平穩(wěn)。將繞組電流根據(jù)細(xì)分倍數(shù)均勻量化后， 所得細(xì)分步距角也是均勻的。為了進(jìn)一步得到更加均勻的細(xì)分步距角，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)取一組在通入量化電流波形時(shí)的步進(jìn)電機(jī) 細(xì)分步距的數(shù)據(jù)，然后對(duì)其誤差進(jìn)行差值補(bǔ)償，求得實(shí)際的補(bǔ)償電流曲線。這些工作大部分由計(jì)算機(jī)來(lái)完成。在取得校正后的量化電流波形之后，以相應(yīng)的數(shù)字量存儲(chǔ)于EEPRO中的不同區(qū)

50、域，量化的程度決定了細(xì)分驅(qū)動(dòng)的分辨率。斬波恒流細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案及硬件實(shí)現(xiàn)斬波恒流細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案的原理為：由單片機(jī)輸出EEPRO中存儲(chǔ)的細(xì)分電流控制信號(hào)，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬電壓信號(hào)，再與取樣信號(hào)進(jìn)行比較，形成斬波控制信號(hào)，控制各功率管前級(jí)驅(qū)動(dòng)電路的導(dǎo)通和關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)繞組中電流的閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)步距的精確細(xì)分。系統(tǒng)原理框圖如圖 2所示?？刂齐娐房刂齐娐分饕?0C196M（單片機(jī)、晶振電路、地址鎖存器、譯碼器、EEPRO存儲(chǔ)器及可編程鍵盤/顯示控制器In tel-8279等組成，受控步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分倍數(shù)、運(yùn)行脈沖頻率、正反轉(zhuǎn)、運(yùn)行速度、單次運(yùn)行線位移、啟/停等的控制，既可由鍵盤輸入，也可以通過(guò)串行通信接口

51、由上位機(jī)設(shè)置。狀態(tài)顯示提供當(dāng)前通電相位、相電流大小、電機(jī)運(yùn)行時(shí)間、正反轉(zhuǎn)、當(dāng)前運(yùn)行速度、 線位移及相關(guān)計(jì)數(shù)等信息顯示，并將工作狀態(tài)和數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)。傳感器（霍爾傳感器）用于檢測(cè)計(jì)數(shù)器的當(dāng)前值。單片機(jī)是 控制系統(tǒng)的核心其主要功能是輸出 EEPROr中存儲(chǔ)的細(xì)分電流控制信號(hào)進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換。根據(jù)轉(zhuǎn)換精度的要求，D/A轉(zhuǎn)換器既可以 選擇8位的，亦可選擇12位的。本控制系統(tǒng)選用的是 8位D/A轉(zhuǎn)換器MAX516 MAX516巴4個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器與4個(gè)比較器組合在單個(gè)的CMOS IC上，4個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器共享一個(gè)參考輸入電壓 VREF每個(gè)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓均可采用下式表示：VDACi=VREFN/256N= 0 , I，255，對(duì)應(yīng)于8位的DAC的輸入碼DCD7（此處為細(xì)分電流控制信號(hào)）。通過(guò)調(diào)節(jié)VREF的變化范圍，便可調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)繞組中電流的幅值。功率驅(qū)動(dòng)電路工作中，步進(jìn)電機(jī)細(xì)分電流控制信號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換值Ui輸入到MAX516內(nèi)部各比較器COMP的同向