步進(jìn)電動(dòng)機(jī)介紹

1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是將電脈沖激勵(lì)信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的離散值控制電動(dòng)機(jī)，這種電動(dòng)機(jī)每當(dāng)輸入一個(gè)電脈沖就動(dòng)一步，所以又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。把電脈沖信號(hào)變換成角位移以控制轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的微特電機(jī)。在自動(dòng)控制裝置中作為執(zhí)行 元件。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)前進(jìn)一步,故又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 多用于數(shù)字式計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，以及打印機(jī)、繪圖機(jī)和磁盤(pán)等裝置。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源由變頻脈沖信號(hào)源、脈沖分配器及脈沖放大器組成，由此驅(qū)動(dòng)電源向電機(jī)繞組提供脈沖電流。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行性能決定于電機(jī)與驅(qū)動(dòng)電源間的良好配合。分類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分為機(jī)電式、磁電式及直線式三種基本類型。機(jī)電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)機(jī)電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由

2、鐵心、線圈、齒輪機(jī)構(gòu)等組成。螺線管線圈通電時(shí)* * mvmMB步進(jìn)電機(jī)工作原理將產(chǎn)生磁力，推動(dòng)其鐵心心子運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒輪機(jī)構(gòu)使輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，通過(guò)抗旋轉(zhuǎn) 齒輪使輸出轉(zhuǎn)軸保持在新的工作位置；線圈再通電，轉(zhuǎn)軸又轉(zhuǎn)動(dòng)一角度，依次進(jìn)行步 進(jìn)運(yùn)動(dòng)。3種形式。永磁式步進(jìn)磁電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)磁電式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要有永磁式、反應(yīng)式和永磁感應(yīng)子式電動(dòng)機(jī)由四相繞組組成。A相繞組通電時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鋼將轉(zhuǎn)向該相繞組所確定的磁場(chǎng)方 向;A相斷電、B相繞組通電時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)新的磁場(chǎng)方向，這時(shí)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一角度 而位于新的磁場(chǎng)方向上，被激勵(lì)相的順序決定了轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方向。永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)消 耗功率較小,步矩角較大。缺點(diǎn)是起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻

3、率較低。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在定、轉(zhuǎn)子鐵心的內(nèi)外表面上設(shè)有按一定規(guī)律分布的相近齒槽，利用這兩種齒槽相對(duì)位置變化引起磁路磁幽變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。這種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步矩角可做到1。15。，甚至更小，精度容易保證，起動(dòng)和運(yùn)行頻率較高，但功耗較大， 效率較低。永磁感應(yīng)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。是永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)兩者的結(jié)合，并兼有兩者的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路直線式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有反應(yīng)式和索耶式兩類。索耶式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止部分（稱為反應(yīng)板）和移 動(dòng)部分（稱動(dòng)子）組成。反應(yīng)板由軟磁材料制成，在它上面均勻地開(kāi)有齒和槽。電機(jī)的 動(dòng)子由永久磁鐵和兩個(gè)帶線圈的磁極A和B組成。動(dòng)子是由氣墊支承，以

4、消除在移動(dòng)時(shí)的機(jī)械摩擦，使電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)并提高定位精度。這種電機(jī)的最高移動(dòng)速度可達(dá)米/秒,加速度可達(dá) 2g,定位精度可達(dá) 20多微米。由兩臺(tái)索耶式直線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相互垂直組裝 就構(gòu)成平面電動(dòng)機(jī)。給x方向和y方向兩臺(tái)電機(jī)（圖3）以不同組合的控制電流，就可以使電機(jī)在平面內(nèi)做任意幾用單片機(jī)控制的四相步迸電動(dòng)機(jī)的電路圖何軌跡的運(yùn)動(dòng)。大型自動(dòng)繪圖機(jī)就是把計(jì)算機(jī)和平面電動(dòng)機(jī)組合在一起的新型設(shè)備。平面電動(dòng)機(jī)也可用于激光剪裁系統(tǒng)，其控制精度和分辨力可達(dá)幾十微米。應(yīng)用主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中， 精度高，運(yùn)行可靠。如采用位置檢測(cè)和速度反饋，亦可實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機(jī)

5、床、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、自動(dòng)記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、 印刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。 窗體頂端85BYGH 450A-06步進(jìn)電機(jī)雕刻機(jī)專用雕刻機(jī)配件電壓：220V電流：4A 軸直徑：14mm凈重：機(jī)身長(zhǎng)度：82mm出軸長(zhǎng)度：33mm法才能圖止 S1啟 “上 二Ntoonn cSQ&DC夕卜美閡m m一豆刀二匕0%口七1口.j -1 】0XT411 廉學(xué)I口 5 足一口八dt - KL_j g E Mm IL 殖小曜一4ti姐t*電IHH；EL M. 在 小亶TU KtElectrical Specifications(技術(shù)數(shù)據(jù))型號(hào)相數(shù)電流(A)電阻電感() (mH)取人品轉(zhuǎn)矩18轉(zhuǎn)

6、動(dòng)慣外形尺寸LO(mm) L1(mm)接線圖外型圖量1400重量(Kg)7537221140075374231400753785BYGH450A-06 224140075372251400753724214007537210241400753721242270011337242270011337412602700113374612700113372502700113374422700113374602700113374246340001513746740001513715137（一）單定子、徑向分相、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理按電磁鐵的作用原理.當(dāng) A 相繞組通電（用直流電壓激磁）時(shí)；形成 A

7、相定子磁極 （AA 方向磁場(chǎng)）,產(chǎn)生反應(yīng)力，吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度，使轉(zhuǎn)子齒與A 相定子磁極小齒對(duì)齊。.當(dāng)A相繞組斷電，B相繞組通電時(shí)，形成 B相定子磁極（BB方向磁場(chǎng)），產(chǎn)生反應(yīng)力，吸引轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)3,使轉(zhuǎn)子齒與B相定子磁極小齒對(duì)齊。.以次類推若控制線路不停地按A-B-C八順序控制步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通斷電，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子便不停地順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；若通電順序改為A-C-BA，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這種通電方式稱為三相三拍通電方式；此時(shí)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 3 。若控制線路不停地按 A-AB-B-BC-C-CAA順序控制步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通斷電，這種通電方式稱為三相六拍通電方

8、式。 當(dāng)從 A 相通電轉(zhuǎn)為 A 和 B 同時(shí)通電時(shí)， 轉(zhuǎn)子齒將同時(shí)受到 A相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)和 B 相繞組產(chǎn)生的磁場(chǎng)的共同吸引，轉(zhuǎn)子齒只好停在 A 和 B 兩相磁極之間，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)o當(dāng)由A和B兩相同時(shí)通電轉(zhuǎn)為 B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子再沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)0,使轉(zhuǎn)子齒與B相磁極對(duì)齊。,依此類推。在三相六拍通電時(shí)，定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 。與三相三拍通電方式相比，可使每次轉(zhuǎn)角縮小一半。步進(jìn)電機(jī)定子繞組的通電狀態(tài)每改變一次， 它的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的一個(gè)確定角度， 稱為步進(jìn)電機(jī)的步距角 a 。步距角 a 的計(jì)算公式：其中，m為定子繞組的相數(shù)，Z為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)，K為通電方式系數(shù)；當(dāng) m相m拍通電時(shí)， k=1；

9、m 相 2m 拍通電時(shí)， k=2（二）、五相五定子、軸向分相、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)工作原理介紹步進(jìn)電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子在軸向分為五段， 每一段都形成獨(dú)立的一相定子鐵心、 定子繞組和轉(zhuǎn)子；各段定子鐵心形如內(nèi)齒輪， 由硅鋼片疊成；各段定子上的在圓周方向均勻分布，彼此之間錯(cuò)開(kāi)15 齒距；各段轉(zhuǎn)子形如外齒輪，也由硅鐵片疊成；各段轉(zhuǎn)子齒彼此不錯(cuò)位。若控制線路不停地按 A-B-C-D-E-A-順序控制步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通斷電，這種通電方式稱為五相五拍通電；若控制線路不停地按AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA- EAB- 順序控制步進(jìn)電機(jī)各相繞組的通斷電， 這種通電方式稱為五相十拍通電； 步

10、距角 a 的計(jì)算仍可采用上述計(jì)算公式。小結(jié) :.步進(jìn)電機(jī)受脈沖電流控制，轉(zhuǎn)子的角位移正比于輸入脈沖的數(shù)量，轉(zhuǎn)子的角速度正比于輸入脈沖的頻率，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子繞組的通電順序。.步進(jìn)電機(jī)有一定的步距誤差,但沒(méi)有累計(jì)誤差。.若維持控制繞組的電流不變,則步進(jìn)電機(jī)就可停在某一位置不動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)是一種專門(mén)用于位置和速度精確控制的特種電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的最大特點(diǎn)是其“數(shù)字性 ” ， 對(duì)于微電腦發(fā)過(guò)來(lái)的每一個(gè)脈沖信號(hào)， 步進(jìn)電機(jī)在其驅(qū)動(dòng)器的推動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度（簡(jiǎn)稱一步），如下圖所示。如接收到一串脈沖步進(jìn)電機(jī)將連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段相應(yīng)距離。同時(shí)您可通過(guò)控制脈沖頻率，直接對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。由于步進(jìn)電機(jī)工作原理易

11、學(xué)易用,成本低(相對(duì)于伺服)、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器不易損壞，非常適合于微電腦和單片機(jī)控制，因此近年來(lái)在各行各業(yè)的控制設(shè)備中獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)的種類和特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類型：反應(yīng)式( Variable Reluctance, VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM )和混合式(Hybrid Stepping,HS)。反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、步距角小，可達(dá)。、但動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。永磁式：永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)精度差，步矩角大

12、(一般為。或15)?；旌鲜剑夯旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個(gè)小齒以提高步矩精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好，步矩角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。按定子上繞組來(lái)分，共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占97%以上的市場(chǎng)份額，其原因是性價(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。該種電機(jī)的基本步矩角為。/步，配上半步驅(qū)動(dòng)器后，步矩角減少為 0,配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后其步矩角可細(xì)分達(dá)256倍(。)。由于摩擦力和制造精度等原因，實(shí)際控制精度略低。同一步進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器以改變精度和效果。1.基本結(jié)構(gòu):尊著“轉(zhuǎn)承

13、2.工作原理:簡(jiǎn)單的講，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)外來(lái)的脈沖，通過(guò)其內(nèi)部的邏輯電路控制步進(jìn)電機(jī)的繞組按一定的次序正反通電，從而實(shí)現(xiàn)其運(yùn)轉(zhuǎn)。以兩相度，步進(jìn)電機(jī)為例,4riy sttcpint with bipolar driver線（雙極性）電機(jī)，當(dāng)其繞組的通電方向順序按照AC-BD-CA-DB四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，每變化一次，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一步，即度。6-rireftwtor with ixiiooisr driver6線（單極性）電機(jī)，當(dāng)其繞組的通電方向順序按照OA-OB-OC-OD四個(gè)狀態(tài)周而復(fù)始進(jìn)行變化，每變化一次，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一步，即度。JLTLTLnd LrLTLTLnJ LTUirLTLJIRA

14、FLFLRAFLFLHJWUIRRJULJWWWfAfWlHRRRJVUL表3 12/5單元電機(jī)雙層繞組排列表一號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12根紋 A&bRCcaABbeC注：線圈燒向,大寫(xiě)字母表示反時(shí)針燒，小寫(xiě)字母表 示順時(shí)針繞6*4 12/5單元電機(jī)看爾電路位置和三相磁勢(shì)軸或?qū)?yīng)關(guān)系霍爾電路位置第1組第2組He /HJ H/ %三相段勢(shì)橫 鐵心槽中線Fa Fb FcK)-ll 6-7 2-3Fk -Fb -Fc4-5 12-1 8 -9用4單元電機(jī)Z/po=12/5磁勢(shì)相 址星形圖和繞組展開(kāi)圖CP AOFTO _FREE _DIR BVCC GND單片機(jī)或如步進(jìn)電

15、機(jī)最早是在1920年代由英國(guó)人所開(kāi)發(fā)。1950年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對(duì)于數(shù)字化的控制變得更為容易。往后經(jīng)過(guò)不斷改良， 使得今日步進(jìn)電機(jī)已廣泛在生運(yùn)用在需要高定位精度、高分解能、高響應(yīng)性、信賴性等靈活控制性高的機(jī)械系統(tǒng)中。產(chǎn)過(guò)程中要求自動(dòng)化、省人力、效率高的機(jī)器中，我們很容易發(fā)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的蹤跡，尤其以重視速度、位置控制、需要精確操作各項(xiàng)指令動(dòng)作的靈活控制性場(chǎng)合步進(jìn)電機(jī)用得最多。步進(jìn)電機(jī)依其構(gòu)造上的差異可分為三大類：（下圖一）可變磁阻式（VR型）:轉(zhuǎn)子以軟鐵加工成齒狀，當(dāng)定子線圈不加激磁電壓時(shí)，保持轉(zhuǎn)矩為零，故其 轉(zhuǎn)子慣性小、響應(yīng)性佳，但其容許負(fù)荷慣性并不大。其步進(jìn)角通常為1

16、5。永久磁鐵式（PM型）:轉(zhuǎn)子由永久磁鐵構(gòu)成，其磁化方向?yàn)檩椣虼呕?，無(wú)激磁時(shí)有保持轉(zhuǎn)矩。依轉(zhuǎn) 子材質(zhì)區(qū)分，其步進(jìn)角有45。、90。及。、。、15。、18。等幾種?；旌褪剑℉B型）:轉(zhuǎn)子由軸向磁化的磁鐵制成，磁極做成復(fù)極的形式，其乃兼采可變磁阻式步進(jìn)電機(jī)及永久磁鐵式步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，精確度高、轉(zhuǎn)矩大、步進(jìn)角度小。PM J地看（圖一）目前市場(chǎng)上所使用的工業(yè)用步進(jìn)電機(jī)，以混和式（ HB型）最為普遍 步進(jìn)電機(jī)的特征高精度的定位：步進(jìn)電機(jī)最大特征即是能夠簡(jiǎn)單的做到高精度的定位控制。以5相步進(jìn)電機(jī) 為例：其定位基本單位（分辨率）為。（全步級(jí)）/。（半步級(jí)），是非常小的；停 止定位精度誤差皆在土價(jià)（）。以內(nèi)，

17、且無(wú)累計(jì)誤差，故可達(dá)到高精度的定位控 制。（步進(jìn)電機(jī)的定位精度是取決于電機(jī)本身的機(jī)械加工精度）位置及速度控制 ：步進(jìn)電機(jī)在輸入脈沖信號(hào)時(shí)， 可以依輸入的脈沖數(shù)做固定角度的回轉(zhuǎn)進(jìn)而得到靈活的角度控制（位置控制），并可得到與該脈沖信號(hào)周波數(shù)（頻率）成比例的回轉(zhuǎn)速度。具定位保持力 ：步進(jìn)電機(jī)在停止?fàn)顟B(tài)下（無(wú)脈波信號(hào)輸入時(shí)），仍具有激磁保持力，故即使不依靠機(jī)械式的剎車(chē)，也能做到停止位置的保持。動(dòng)作靈敏 ：步進(jìn)電機(jī)因?yàn)榧铀傩阅軆?yōu)越,所以可做到瞬時(shí)起動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)之快速、頻繁的定位動(dòng)作。開(kāi)回路控制、不必依賴傳感器定位：步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單， 不需要速度感應(yīng)器（ ENCODER、 轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)）及位置

18、傳感器（SENSOR ,就能以輸入的脈波做速度及位置的控制。也因其屬 開(kāi)回路控制，故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場(chǎng)合下使用。中低速時(shí)具備高轉(zhuǎn)矩：步進(jìn)電機(jī)在中低速時(shí)具有較大的轉(zhuǎn)矩， 故能夠較同級(jí)伺服電機(jī)提供更大的扭力輸出。高信賴性 ：使用步進(jìn)電機(jī)裝置與使用離合器、 減速機(jī)及極限開(kāi)關(guān)等其它裝置相較， 步進(jìn) 電機(jī)的故障及誤動(dòng)作少，所以在檢查及保養(yǎng)時(shí)也較簡(jiǎn)單容易。小型、高功率：步進(jìn)電機(jī)體積小、扭力大，盡管于狹窄的空間內(nèi)，仍可順利做安裝，并提供高轉(zhuǎn)矩輸出。步進(jìn)電機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩特性速度-轉(zhuǎn)矩特性取決于電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器，尤其與所搭配的驅(qū)動(dòng)器有著極大的影 響；使用的驅(qū)動(dòng)器不同，特性上的差異也就會(huì)有明顯

19、的不同版權(quán)所有匚帕。口博電IkES(圖二)步進(jìn)電機(jī)速度-轉(zhuǎn)矩特性曲線圖(圖二)說(shuō)明：(1)激磁最大靜止轉(zhuǎn)矩:當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)脈沖速度等于 0 Hz時(shí)，曲線與Y軸交接的點(diǎn) 即稱為激磁最大靜止轉(zhuǎn)矩。也就是指電機(jī)在通電但無(wú)輸入脈沖信號(hào)的情況下， 其 所具備的保持轉(zhuǎn)矩即稱為激磁最大靜止轉(zhuǎn)矩。(2)脫出轉(zhuǎn)矩：又稱最大轉(zhuǎn)矩，為電機(jī)于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所能帶動(dòng)的最大負(fù)荷。(3)最大響應(yīng)頻率：在無(wú)負(fù)載、負(fù)荷慣性為 0時(shí)，電機(jī)所能夠響應(yīng)之最快的 速度。(4)最大自起動(dòng)頻率：電機(jī)在無(wú)載的狀態(tài)下可以做到瞬時(shí)的起動(dòng)而不失步的 速度謂之最大自起動(dòng)頻率。二相與五相步進(jìn)電機(jī)的差異步進(jìn)電機(jī)主要是依相數(shù)來(lái)做分類，而其中又以二相、五相步進(jìn)電機(jī)為目前市

20、 場(chǎng)上所廣泛采用。二相步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)最細(xì)可分割為400等分，五相則可分割為1000等分，所以表現(xiàn)出來(lái)的特性以五相步進(jìn)電機(jī)較佳、加減速時(shí)間較短、 動(dòng)態(tài)慣性較低。二相/五相步進(jìn)電機(jī)差異比較：二相步進(jìn)電機(jī)五相步進(jìn)電機(jī)電機(jī)構(gòu)造（請(qǐng)參照?qǐng)D三）8個(gè)主極？ 4相（2相）4極線圈10個(gè)主極？ 5相2極線圈分解能7 （200、400 分割/圈）/ （500、1000 分割/圈）較二相步進(jìn)電機(jī)高出倍分解能。振動(dòng)性100-200PPS間為低速共振領(lǐng)域，振動(dòng)較大無(wú)顯著共振點(diǎn)低振動(dòng)速度轉(zhuǎn)矩特性十速度上/、及五相步進(jìn)電機(jī)高速度、高轉(zhuǎn)矩版根所有匚AS。（圖三）二相/五相步進(jìn)電機(jī)基本性能匯整比較:優(yōu)/CM /稍差分解能振動(dòng)速度

21、角度精度響應(yīng)性轉(zhuǎn)矩噪音二相步進(jìn)電機(jī)OOO五相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)在單單僅給予電壓時(shí)，電機(jī)是不會(huì)動(dòng)作的，必須透過(guò)脈波產(chǎn)生器提 供位置（脈波數(shù)）、速度的脈波信號(hào)指令，以及驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)電流流過(guò)電機(jī)內(nèi)部線 圈、 依順序切換激磁相序的方式才能夠讓電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。 所以欲使步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作的必要系統(tǒng)組成有：.脈沖產(chǎn)生器：給予角度（位置移動(dòng)量）、動(dòng)作速度及運(yùn)轉(zhuǎn)方向之脈沖信號(hào)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)指令。.步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器：依控制器所投入的脈沖信號(hào)指令，提供電流來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)動(dòng)作。.步進(jìn)電機(jī)：提供轉(zhuǎn)矩動(dòng)力輸出來(lái)帶動(dòng)負(fù)載。所以步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成簡(jiǎn)單，不需要速度感應(yīng)器（ENCODER轉(zhuǎn)速發(fā)電機(jī)）、位置傳感器（SENSOR ,即能依照

22、脈沖產(chǎn)生器所輸入的脈沖來(lái)做到速度及位置的控制。步進(jìn)電機(jī)的速度、位置控制速度控制 ：步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度會(huì)與輸入的脈沖速度成等比例的關(guān)系， 所以在脈沖的速度愈快時(shí)， 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也會(huì)跟著加快； 脈波速度愈慢時(shí)， 電機(jī)的轉(zhuǎn)速自然也跟著變慢。電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度（RPM）與脈沖速度（PPS又稱Hz）間的關(guān)系式如下：電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度（RPM）= 脈沖速度（PPS Hz） X 60 一步進(jìn)電機(jī)分 割數(shù) / 圈說(shuō)明：為一般電機(jī)的速度單位，即 rev / min,為每分鐘電機(jī)所轉(zhuǎn)的圈數(shù)；PPS為 步進(jìn)、伺服電機(jī)的速度單位，即 pulse per second,為每秒所送出的脈沖數(shù)。.由于RPM與PPS的單位不同，所

23、以于轉(zhuǎn)換的過(guò)程中要先將PPS的秒鐘乘以 60 變?yōu)榉昼?。.步進(jìn)電機(jī)分割數(shù)/ 圈，又代表要讓電機(jī)轉(zhuǎn)一圈所必須送出的脈沖數(shù)。.上述公式拆解后之單位表示為frev/min = pulse/sec x 60 x 1分割數(shù)實(shí)例：五相半步級(jí)角 時(shí)（即 1000分割 /圈）（1）電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度600RPM時(shí)，即相當(dāng)于脈沖速度10,000PPS（2）脈沖速度3,000PPS即相當(dāng)于電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度 180RPML位置控制 ：步進(jìn)電機(jī)不需要位置傳感器（SENSOR ,就可依照輸入的脈沖數(shù)決定移動(dòng)量，并將負(fù)載順利、正確的送達(dá)指定位置點(diǎn)上。而移動(dòng)量的大小，是依照電機(jī)分辨率的大小與輸入的脈沖數(shù)來(lái)決定。 脈沖數(shù)（ PU

24、LSE） 與移動(dòng)量間的關(guān)系式如下：位置移動(dòng)量（）=步進(jìn)電機(jī)分辨率（） X輸入脈沖數(shù)實(shí)例：二相全步級(jí)角 時(shí)*當(dāng)輸入1000個(gè)脈沖數(shù)（即1000PULSE ,此時(shí)之移動(dòng)量會(huì)是1800,剛好 為 5 圈。步進(jìn)電機(jī)疑難雜癥處理如何有效改善步進(jìn)電機(jī)的溫升問(wèn)題可依下列步驟作做檢查及確認(rèn)：.是否用于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合（步進(jìn)電機(jī)的特性并不適合于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的場(chǎng)合下使用,在此場(chǎng)合下使用時(shí)一定會(huì)有較高的溫升產(chǎn)生。 請(qǐng)重新確認(rèn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作需求條件并重新評(píng)估使用的電機(jī)。 ）.請(qǐng)確認(rèn)機(jī)構(gòu)動(dòng)作頻度、周期（走停的動(dòng)作頻度過(guò)高將可能因脈沖輸入停止的時(shí)間過(guò)短而導(dǎo)致電流尚未下降就又重新激活， 故此時(shí)的溫升一定會(huì)較高。 建議您可將動(dòng)作頻度降低

25、以改善溫升問(wèn)題。.將 RUN 電流調(diào)小情況可否改善（在轉(zhuǎn)矩足夠的情況下將驅(qū)動(dòng)器的 RUN 電流調(diào)小將可有效的使溫升降低。但若因扭力的關(guān)系 一定得使用到較大的電流時(shí),則建議您可將電機(jī)更換為大一等級(jí)的電機(jī)后再將電流調(diào)低以改善溫升問(wèn)題。）.將STOP電流調(diào)小情況可否改善（在保持力足夠的情況下將驅(qū)動(dòng)器的 STOP電流調(diào)小將可于電機(jī)停止時(shí)有效 的使溫升降低。但若因停止保持力的關(guān)系一定得使用到較大的 STOP電流時(shí)，則 建議您可將電機(jī)更換為大一等級(jí)的電機(jī)后再將電流調(diào)低以改善溫升問(wèn)題。）.驅(qū)動(dòng)器上的指撥開(kāi)關(guān)是否打開(kāi)電流自動(dòng)降低檔（若未打開(kāi)，電機(jī)停止時(shí)電流將無(wú)法自動(dòng)下降，溫開(kāi)會(huì)因此而較高。建議使用此功能，將可

26、避免步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器的溫升問(wèn)題。）.目前使用的速度是否界于溫升較高（即電流較大）的范圍內(nèi)（由特性曲線圖 中的電流曲線得知）（請(qǐng)盡量避開(kāi)溫升較高的速度范圍使用，對(duì)于溫升的降低將有幫助。）.周?chē)h(huán)境溫度如何是否過(guò)高（電機(jī)溫度=環(huán)境溫度+電機(jī)溫升，故環(huán)境溫度較高時(shí)，電機(jī)的溫度也會(huì)因此而較高。建議以加裝安裝散熱面板或散熱風(fēng)扇的方式來(lái)幫助散熱。）.請(qǐng)確認(rèn)電機(jī)端的接線是否正確（相位接錯(cuò)將造成電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不順的抖動(dòng)現(xiàn)象，亦可能因此而產(chǎn)生溫升較高的問(wèn)題。）步進(jìn)電機(jī)是適應(yīng)機(jī)電一體化需要而得到廣泛使用的一種執(zhí)行元件。由于更易于用計(jì)算機(jī)控制，步進(jìn)電機(jī)在自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的起到了很大的作用。隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，步

27、進(jìn)電機(jī)的使用范圍還會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展過(guò)程步進(jìn)電機(jī)的歷史非常久遠(yuǎn)，早在19世紀(jì)，人們就已經(jīng)發(fā)明了步進(jìn)電機(jī)。這種最古老的步進(jìn)電機(jī)，實(shí)際上是一種能夠自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵。可以說(shuō)老式的步進(jìn)電機(jī)在工作原理上與現(xiàn)在的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)沒(méi)有太大的區(qū)別，都是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)相關(guān)的技術(shù)，在 20世紀(jì)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，這是源于人們對(duì)造船等工業(yè)的生產(chǎn)需要。步進(jìn)電機(jī)飛躍式發(fā)展是在 20世紀(jì)的80年代以后，當(dāng)計(jì)算機(jī)出現(xiàn)、計(jì)算機(jī)技術(shù)逐步 成熟后，步進(jìn)電機(jī)的控制方式有了完全的變化，各種靈活的控制方式相繼出現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)最早的控制系統(tǒng)非常繁瑣，需要復(fù)雜的安裝和調(diào)試過(guò)程，并且難以改變。計(jì)算 機(jī)應(yīng)用后，步

28、進(jìn)電機(jī)的控制變成非常簡(jiǎn)單的事情，而用計(jì)算機(jī)軟件控制步進(jìn)電機(jī)也成為了當(dāng)時(shí)發(fā)展的必然趨勢(shì)，同時(shí)，步進(jìn)電機(jī)與計(jì)算機(jī)的配合也符合數(shù)字化時(shí)代的發(fā)展需要。步進(jìn)電機(jī)的種類步進(jìn)電機(jī)電機(jī)發(fā)展至今已經(jīng)衍生出多個(gè)種類，常用的步進(jìn)電機(jī)有反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁 式步進(jìn)電機(jī)、混合式步進(jìn)電機(jī)和單相式步進(jìn)電機(jī)等，其中應(yīng)用最廣泛的是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)是以軟磁制成轉(zhuǎn)子磁路，定子上有多相勵(lì)磁繞組， 以磁導(dǎo)的變化來(lái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)又稱為磁阻式步進(jìn)電機(jī)，其典型是一臺(tái)三相電機(jī)，定子鐵心由硅鋼片疊 成，定子上有6個(gè)磁極，每個(gè)磁極上又各有 5個(gè)均勻分布的矩形小齒。 三相直線步進(jìn)電機(jī)共 有三套定子控制繞組， 繞在徑向相對(duì)的

29、兩個(gè)磁極上的一套繞組為一相。轉(zhuǎn)子也是由疊片鐵心構(gòu)成，轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，而是由40個(gè)矩形小齒均勻分布在圓周上，相鄰兩齒之間的夾角為9度。按勵(lì)磁方式分類，步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式、永磁式和感應(yīng)子式。其中反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)用 的比較普遍，結(jié)構(gòu)也較簡(jiǎn)單。其工作原理。當(dāng)某相繞組通電時(shí)，對(duì)應(yīng)的磁極就會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，并與轉(zhuǎn)子形成磁路。若此 時(shí)定子的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒沒(méi)有對(duì)齊，則在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度使轉(zhuǎn)子齒與定子齒對(duì)應(yīng)。由此可見(jiàn)，錯(cuò)齒是促使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的根本原因。例如，在單三拍運(yùn)行方式中，當(dāng)A相控制繞組通電，而 B、C相都不通電時(shí)，由于磁通具有力圖走磁阻最小路徑的特點(diǎn)， 所以轉(zhuǎn)子齒與 A相定子齒對(duì)齊。若以此作為

30、初始狀態(tài)，設(shè)與 A相磁極中心磁極的 圖1步進(jìn)電機(jī)剖面結(jié)卞轉(zhuǎn)子齒為 0號(hào)齒，由于B相磁極與A相磁極相差120度，且120度/9度=不 為整數(shù)，所以，此時(shí)13號(hào)轉(zhuǎn)子齒不能與 B相定子齒對(duì)齊，只是靠近 B相磁極的中心線，與 中心線相差3度。如果此時(shí)突然變?yōu)?B相通電，而A、C相都不通電，則 B相磁極迫使13 號(hào)小齒與之對(duì)齊，整個(gè)轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)3度。此時(shí)稱電機(jī)走了一步。同理，我們按照 ZB-C-A順序通電一周，則轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 9度。轉(zhuǎn)速取決于各控制繞組 通電和斷電的頻率（即輸入脈沖頻率），旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序。如上述繞組通電順序改為 ZBf A?則電機(jī)轉(zhuǎn)向相反。這種按 Z B-8A?方式運(yùn)行的

31、稱為三相單三拍，主相”是指步進(jìn)電機(jī)具有三相定子繞組，單”是指每次只有一相繞組通電，主拍”是指三次換接為一個(gè)循環(huán)。此外，三相步進(jìn)電機(jī)還可以以三相雙三拍和三相六拍方式運(yùn)行。三相雙三拍就是按 AB- B GZ AB?歷式供電。與單三拍運(yùn)行時(shí)一樣，每一循環(huán)也是換接3次，共有3種通電狀態(tài)，不同的是每次換接都同時(shí)有兩相繞組通電。三相六拍的供電方式是 A- ABf B- B Cf CZ A?一循環(huán)換接六次， 共有六種通電狀態(tài)， 有時(shí)只有一相繞組 通電，有時(shí)有兩相繞組通電。磁阻式步進(jìn)電機(jī)的步距角可由下邊公式求得式中Mc為控制繞組相數(shù)，C為狀態(tài)系數(shù)，三相單三拍或雙三拍時(shí)C= 1,三相六拍時(shí) C=2。Zr為轉(zhuǎn)子齒

32、數(shù)，本課題使用的36BF003型步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)為 40。減小步距角的途徑方法由式可知，本課題使用的步進(jìn)電機(jī)未細(xì)分時(shí)能達(dá)到的最小步距角為度（三相六拍模 式）。轉(zhuǎn)速較高時(shí)，由于轉(zhuǎn)子本身的慣性，電機(jī)可近似看作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。但在低速運(yùn)行時(shí)，較 大的步距角造成兩步之間的時(shí)間間隔較長(zhǎng)，在下一個(gè)電脈沖到來(lái)之前轉(zhuǎn)子已經(jīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，由此造成運(yùn)行的不連續(xù)及低頻振動(dòng)。此外實(shí)際應(yīng)用中度的步距角往往不能滿足精度需要，為了提高精度，要求一個(gè)脈沖對(duì)應(yīng)的位移量小，即步進(jìn)電機(jī)的步距角小。減小步距角有以下四種方法：1、增加步進(jìn)電機(jī)控制繞組的數(shù)量。由式可知，步距角Q與繞組數(shù)Mc成反比，Mc越大則Q越小。三相步進(jìn)電機(jī)單拍運(yùn)行時(shí)的步距角為

33、3度（40轉(zhuǎn)子齒），如果采用四相電機(jī)，則步距角減小到度（50轉(zhuǎn)子齒）。但是相數(shù)越多電機(jī)結(jié)果越復(fù)雜，制造越困難，靠增加相數(shù) 減小步距角的成本很高。2、增加拍數(shù)。即增大狀態(tài)系數(shù) C。由式知狀態(tài)系數(shù)也與步距角成反比，增加拍數(shù)相 當(dāng)于增加繞組相數(shù)。三相步進(jìn)電機(jī)單三拍運(yùn)行時(shí)步距角為3度，采用三相六拍模式后步距角減小到原來(lái)的一半。但步進(jìn)電機(jī)所能實(shí)現(xiàn)的拍數(shù)同繞組相數(shù)直接相關(guān)，三相步進(jìn)電機(jī)最多能實(shí)現(xiàn)的拍數(shù)是六拍，四相電機(jī)最多八拍?？吭黾优臄?shù)減小的步距角有限。3、增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr。由于Zr與步距角Q成反比，增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)也能減小步距角。但受 加工精度、制造成本限制，轉(zhuǎn)子齒數(shù)不能無(wú)限增多。4、采用細(xì)分電路。對(duì)于一個(gè)

34、步進(jìn)電機(jī)，采用細(xì)分電路后其步距角減小為原來(lái)的1/N （N為細(xì)分?jǐn)?shù)）。理論上N可以無(wú)限增大，從而步距角 Q可以無(wú)限減小。細(xì)分電路對(duì)于任何反應(yīng) 式步進(jìn)電機(jī)都適用，尤其是步距角較大的低端步進(jìn)電機(jī)，能顯著減小步距角，提高運(yùn)動(dòng)精度，從而在某些場(chǎng)合可以代替高端步進(jìn)電機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)類另4與結(jié)構(gòu)的分析 步進(jìn)電機(jī)按照電機(jī)結(jié)構(gòu)分為三種：永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB） o永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為度或15度；多半用于價(jià)格低廉的消費(fèi)性產(chǎn)品。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；混進(jìn)合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反

35、應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相、三相和五相：兩相步距角一般為度，三相步距角為度，而五相步距角一般為度。混進(jìn)合式步進(jìn)是工業(yè)運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用最常見(jiàn)的電機(jī)。止匕外，按照電機(jī)驅(qū)動(dòng)架構(gòu)又可分為單極性（unipolar）和雙極性（bipolar）步進(jìn)電機(jī)。單極性驅(qū)動(dòng)電路使用四顆晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩組相位，電機(jī)結(jié)構(gòu)則如圖1所示包含兩組帶有中間抽頭的線圈，整個(gè)電機(jī)共有六條線與外界連接。這類電機(jī)有時(shí)又稱為四相電機(jī)，但這種稱呼容易令人混淆又不正確，因?yàn)樗鋵?shí)只有兩個(gè)相位，精確的說(shuō)法應(yīng)是雙相位六線式步進(jìn)電機(jī)。六線式步進(jìn)電機(jī)雖又稱為單極性步進(jìn)電機(jī)，實(shí)際上卻能同時(shí)使用單極性或雙極性驅(qū)動(dòng)電路。圖1:單極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路雙極性

36、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路則如圖 2所示，它會(huì)使用八顆晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)兩組相位。雙極性驅(qū)動(dòng)電路可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)四線式或六線式步進(jìn)電機(jī)，雖然四線式電機(jī)只能使用雙極性驅(qū)動(dòng)電路，它卻能大幅降低量產(chǎn)型應(yīng)用的成本。雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的晶體管數(shù)目是單極性驅(qū)動(dòng)電路的兩倍，其中四顆下端晶體管通常是由微控制器直接驅(qū)動(dòng)，上端晶體管則需要成本較高的上端驅(qū)動(dòng)電路。雙極性驅(qū)動(dòng)電路的晶體管只需承受電機(jī)電壓，所以它不像單極性驅(qū)動(dòng)電路一樣需要箝位電路。圖2:雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路無(wú)刷直流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)區(qū)別在于：步進(jìn)電機(jī)走的是很小很小的小碎步，最高速度有限，所以能夠精確；而無(wú)刷電機(jī)則是大步大步的飛奔，而且涉及就是為了高速飛奔提供動(dòng)力的，所以想精確的停下來(lái)是不可能的。再就是工作方式不同，設(shè)計(jì)的阻抗也不同：步進(jìn)電機(jī)基本上是工作在堵轉(zhuǎn)模式的，也就是說(shuō)很多事時(shí)候是停下來(lái)不動(dòng)的（定位），而且這是繞組也還是照樣通著電的；而無(wú)刷電機(jī)，繞組的阻抗一般都很小很?。◣资畮装俸翚W），設(shè)計(jì)電流也很大，停下來(lái)的時(shí)候當(dāng)然就不能通電了，不然非得冒煙不可左總的來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)是為了精確定位（精密轉(zhuǎn)動(dòng)、不動(dòng)）而設(shè)計(jì)的；而無(wú)刷電機(jī)則是為 了提供高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)力而設(shè)