运动控制--步进电机原理

运动控制--步进电机原理

　　 步进电机作为履行元件，是机电一体化的要害产品之一, 广泛运用在各种自动化操控系统中。跟着微电子和计算机技术的发展，步进电
机的需求量日积月累，在各个国民经济领域都有运用。 

　　步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的履行机构。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滚动一个固定
的视点(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的视点一步一步工作的。可以经过操控脉冲个数来操控角位移量，然后到达准确定位的意图；一
起可以经过操控脉冲频率来操控电机滚动的速度和加快度，然后到达调速的意图。步进电机可以作为一种操控用的特种电机，运用其没有堆
集差错(精度为100%)的特色，广泛运用于各种开环操控。 

　　现在比较常用的步进电机包含反应式步进电机（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，可完成大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振荡都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁资料制
成，定子上有多相励磁绕组，运用磁导的改动发生转矩。 

　　混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的长处。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
步进电机的运用最为广泛，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： 

　　它表明操控系统每发一个步进脉冲信号，电机所滚动的视点。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°（表明半步作业时为0.9°、整步作业时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不必定是电机实际作业时的真实步距
角，真实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，现在常用的有二相、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意自己步距角的
要求。假如运用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改动细分数，就可以改动步距角。 

　　坚持转矩（HOLDING TORQUE）： 

　　是指步进电机通电但没有滚动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，一般步进电机在低速时的力矩挨近坚持转矩
。因为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改动，所以坚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，在没有特别说明的情况下是指坚持转矩为2N.m的步进电机。 

　　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 在国内没有一致的翻译方法，容易使我们发生误解；因为
反应式步进电机的转子不是永磁资料，所以它没有DETENT TORQUE。 

　　步进电机的一些特色：

　    1．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 

　　当步进电机滚动时，电机各相绕组的电感将构成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的效果下，电机随频率（或速度）
的增大而相电流减小，然后导致力矩下降。 

　　2．步进电机低速时可以正常工作,但若高于必定速度就无法发动,并伴有啸叫声。 

　　步进电机有一个技术参数：空载发动频率，即步进电机在空载情况下可以正常发动的脉冲频率，假如脉冲频率高于该值，电机不能正常
发动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，发动频率应更低。假如要使电机到达高速滚动，脉冲频率应该有加快进程，即发动频率较
低，然后按必定加快度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

　　3．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 

　   4．步进电机表面答应的最高温度。 

　　步进电机温度过高首要会使电机的磁性资料退磁，然后导致力矩下降乃至于失步，因而电机表面答应的最高温度应取决于不同电机磁性
资料的退磁点；一般来讲，磁性资料的退磁点都在摄氏130度以上，有的乃至高达摄氏200度以上，所以步进电机表面温度在摄氏80-90度彻
底正常。