步进电机基础知识2

步进电动机基础知识步进电动机基础知识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。片机控制的步进电动机斩波恒流细分驱动器的实现作者：林海波1引言步进电动机是一种将离散的电脉冲信号转化为相应角位移或线位移的电磁机械装置，它输出的角位移与输入的脉冲数成正比，是一种输入与输出脉冲对应的增量驱动元件。它具有转矩大、惯性小、响应频率高等优点，已经在工业上得到广泛的应用。但其步矩角较大，一般为1.5~3°，往往满足不了某些高精度定位、精密加工等方面的要求。实现细分驱动是减小步矩角、提高步进分辨率、增加电动机运行平稳的一种行之有效的方法。目前步进电动机细分驱动控制，多采用量化的梯形波、正弦波作为细分驱动的电流波形，但实际上这些电流波形一般在步进电动机上均不能得到满意的细分精度。在合理选择电流波形的基础上，提出用AT89C52单片机控制实现的步进电动机斩波恒流细分驱动方案，其运行功率小，可靠性高，通用性好，细分精度高，具有很强的实用性。2细分电流波形的选择及量化步进电动机的细分控制，从本质上讲是通过对strongclass=kgbonmouseover=isShowAds=false;isShowAds2=false;isShowGg=true;InTextAds_GgLayer=_u6B65_u8FDB_u7535_u673A;KeyGate_ads.ShowGgAds(this,_u6B65_u8FDB_u7535_u673A,event)style=border-top-width:0px;padding-right:0px;padding-left:0px;font-weight:normal;border-left-width:0px;border-bottom-width:0px;padding-bottom:0px;margin:0px;cursor:hand;color:#0000ff;padding-top:0px;border-right-width:0px;text-decoration:underlineonclick=javascript:window.open(=L&ai=BbQdcJqdYR8y8C5yssQK8pbmSCpzY8hPMhJv6Af_Ey8UDsNWFARABGAEgr5qqCSgHOAFQ1JmPyfv_____AWCdudCBkAWqAQoxMDAwMDE2MDAyyAEBqQISTH9u4R2CPsgC5M522QNkOcfKHGrl5g&num=1&q==AFQjCNEll7jhS1spnrRpfZ_avtimTUFemw);GgKwClickStat(步进电机,);onmouseout=isShowGg=false;InTextAds_GgLayer=_u6B65_u8FDB_u7535_u673A步进电机的励磁绕组中的电流控制，使步进电动机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电动机步矩角的细分。一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了步进电动机旋转力矩的大小，相邻两个合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步矩角的大小。因此，想要实现对步进电机的恒力矩均匀细分控制，必须合理控制步进电机绕组中的电流，使电动机内部合成磁场的幅值恒定，而且每个进给脉冲所引起的合成磁场的角度变化也要均匀。我们知道在空间彼此相差2π/m的m相绕组，分别通以相位上差2π/m而幅值相同的正弦电流，则合成的电流矢量便在空间做旋转运动，且幅值保持不便。这一点对于反映式步进电动机来说比较困难，因为反应式步进电动机来说比较困难，因为反映式步进电动机的旋转磁场只与绕组电流的绝对值有关，而与电流的正反流向无关。以比较经济合理的方式对步进电机实现步矩角的任意细分，绕组电流波形宣采用如图1所示的形式其中，α为电动机转子偏离参考点的角度。ib滞后于ia2π/3,ic超前于ia2π/3。此时，合成电流矢量在所有区间，从而保证合成磁场幅值的恒定，实现电动机的恒转矩，而步进电动机在这种情况下也最平稳。将绕组电流根据细分倍数均匀量化后，所得细分步矩角也是均匀的。为了进一步得到更加均匀的细分步矩角，可以通过实验测取一组在通入量化电流波形时，步进电动机细分步矩的数据，然后对其误差进行插值补偿，求得实际的补偿电流曲线，这些工作大部分可以由计算机来完成。在取得矫正后的量化电流波形之后，以相应的数字量储存于E?PROM中的不同区域，量化的程度决定了细分驱动的分辨率。3细分驱动方案及硬件实现斩波恒流细分驱动的方案的原理为：由单片机输出E?PROM中储存的细分电流控制信号，经D/A转换为模拟电压信号，再取样信号进行比较，形成斩波控制信号，控制各功率管前级驱动电路的导通和关断，实现绕组中电流的闭环控制，从而实现步矩的精确细分。系统原理框图如图2所示。3.1控制电路控制电路主要由AT89CT52单片机、驱动电路、D/A转换、E?PROM及可编程键盘/显示控制器Intel8279等组成，单片机是控制系统的核心。受控步进电动机的细分倍数、运行脉冲、正反转、运行速度、单次运行线位移、启/停等的控制即可由键盘输入，也可通过与上位机的串行通信接口由上位机设置。状态显示提供当前通电电动机、机电流大小、电动机运行时间、正反转、当前运行速度、线位移及相关计数等的显示，并将工作状态和数据传送给上位机。传感器（霍尔传感器）由于检测计数器的当前值。单片机的主要功能是输出E?PROM中储存的细分电流控制信号进行D/A转换。根据转换精度的要求，D/A转换器即可以选择8位的，也可以选择12位的。本驱动的控制器选用的是8位的D/A转换器MAX516。MAX516把4个D/A转换器与4个比较器组合在单个的CMOSIC（DIP20封装）上4个D/A转换器共享一个参考输入电压UREF均可采用下式表示UDACi=UREFN/256式中N=0，1，…，255N对应于8位的DAC输入码D0～D7（此处为细分电流控制信号）。通过、调节UREF的变化范围，便可调节步进电动机绕组中电流的幅值。3.2功率驱动电路工作中，步进电机组分电流控制信号的D/A转换值Ui输入到MAX516内部各比较器COMPi的同向输入端。绕组电流取样信