關(guān)于步進(jìn)電機(jī)，還有哪些你不知道的知識(shí)？

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)外來(lái)的控制脈沖和方向信號(hào)， 通過(guò)其內(nèi)部的邏輯電路， 控制步進(jìn)電機(jī)的繞組以一定的時(shí)序正向或反向通電， 使得電機(jī)正向/反向旋轉(zhuǎn)， 或者鎖定。

以1.8度兩相步進(jìn)電機(jī)為例：當(dāng)兩相繞組都通電勵(lì)磁時(shí)， 電機(jī)輸出軸將靜止并鎖定位置。在額定電流下使電機(jī)保持鎖定的最大力矩為保持力矩。如果其中一相繞組的電流發(fā)生了變向， 則電機(jī)將順著一個(gè)既定方向旋轉(zhuǎn)一步( 1.8度)。

同理， 如果是另外一項(xiàng)繞組的電流發(fā)生了變向， 則電機(jī)將順著與前者相反的方向旋轉(zhuǎn)一步( 1.8度)。當(dāng)通過(guò)線圈繞組的電流按順序依次變向勵(lì)磁時(shí)， 則電機(jī)會(huì)順著既定的方向?qū)崿F(xiàn)連續(xù)旋轉(zhuǎn)步進(jìn)， 運(yùn)行精度非常高。對(duì)于1.8度兩相步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周需200步。

兩相步進(jìn)電機(jī)有兩種繞組形式：雙極性和單極性。雙極性電機(jī)每相上只有一個(gè)繞組線圈， 電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)電流要在同一線圈內(nèi)依次變向勵(lì)磁， 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上需要八個(gè)電子開(kāi)關(guān)進(jìn)行順序切換。

單極性電機(jī)每相上有兩個(gè)極性相反的繞組線圈， 電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)只要交替對(duì)同一相上的兩個(gè)繞組線圈進(jìn)行通電勵(lì)磁。驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上只需要四個(gè)電子開(kāi)關(guān)。在雙極性驅(qū)動(dòng)模式下， 因?yàn)槊肯嗟睦@組線圈為100%勵(lì)磁， 所以雙極性驅(qū)動(dòng)模式下電機(jī)的輸出力矩比單極性驅(qū)動(dòng)模式下提高了約40%。

步進(jìn)電機(jī)定義

步進(jìn)電機(jī)是一種可以利用一定角度(基本步距角)的脈沖數(shù)和頻率數(shù)來(lái)控制轉(zhuǎn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn)角度、旋轉(zhuǎn)速度)的電機(jī)。是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移或線位移的電動(dòng)機(jī)。每輸入一個(gè)脈沖信號(hào)，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度或前進(jìn)一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱脈沖電動(dòng)機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)

①切換線圈電流后，只按規(guī)定的角度動(dòng)作

②不需要反饋信號(hào)

③定位誤差不累加

④與數(shù)字控制系統(tǒng)的融合性強(qiáng)，容易制作控制電路

步進(jìn)電機(jī)可通過(guò)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單控制，除工業(yè)用途、計(jì)算機(jī)周邊設(shè)備外，還用于傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等辦公設(shè)備。

步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分三種：永磁式(PM)、反應(yīng)式(VR)和混合式(HB);現(xiàn)在常用的是混合式，它又分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角為1.8度，五相步進(jìn)角為0.72度。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的斷面圖如下圖所示。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)造上大致分為定子與轉(zhuǎn)子兩部分。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子1、轉(zhuǎn)子2、永磁磁鋼3部分構(gòu)成。此外，轉(zhuǎn)子已被軸向磁化，轉(zhuǎn)子1為N極時(shí)，轉(zhuǎn)子2則為S極。

定子擁有小齒狀的磁極，皆繞有線圈。

其線圈的對(duì)角位置的磁極相互連接著，通電時(shí)，線圈即會(huì)被磁化成同一極性。(例如對(duì)某一線圈進(jìn)行通電后，對(duì)角線的磁極將磁化成S極或N極。)

對(duì)角線的2個(gè)磁極形成1個(gè)相。有A相至E相等5個(gè)相位的機(jī)型稱為5相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、有A相和B相2個(gè)相位的機(jī)型稱為2相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

轉(zhuǎn)子的外圈由50個(gè)小齒構(gòu)成，轉(zhuǎn)子1和轉(zhuǎn)子2的小齒于構(gòu)造上互相錯(cuò)開(kāi)1/2螺距。

勵(lì)磁：是指電動(dòng)機(jī)線圈通電時(shí)的狀態(tài)

磁極：是指勵(lì)磁后變成電磁鐵的定子突出部分

小齒：是指轉(zhuǎn)子和定子的小齒

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理

以5相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為實(shí)例，針對(duì)實(shí)際上經(jīng)過(guò)磁化后的轉(zhuǎn)子及定子的小齒的位置關(guān)系進(jìn)行說(shuō)明。

1、將A相勵(lì)磁時(shí)

將A相勵(lì)磁，會(huì)使得磁極磁化成S極，而其將與帶有N極極性的轉(zhuǎn)子1的小齒互相吸引，并與帶有S極極性的轉(zhuǎn)子2的小齒相斥，于平衡后停止。此時(shí)，沒(méi)有勵(lì)磁的B相磁極的小齒和帶有S極極性的轉(zhuǎn)子2的小齒互相偏離0.72°。以上是A相勵(lì)磁時(shí)的定子和轉(zhuǎn)子小齒的位置關(guān)系。

2、將B相勵(lì)磁時(shí)

其次由A相勵(lì)磁轉(zhuǎn)為B相勵(lì)磁時(shí)，B相磁極磁化成N極，與擁有S極極性的轉(zhuǎn)子2互相吸引，而與擁有N極極性的轉(zhuǎn)子1相斥。

也就是說(shuō)，將勵(lì)磁相從A相勵(lì)磁轉(zhuǎn)換至B相勵(lì)磁時(shí)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)0.72°。由此可知，勵(lì)磁相位隨A相→B相→C相→D相→E相→A相依次轉(zhuǎn)換，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以每次0.72°做正確的旋轉(zhuǎn)。此外，希望作反方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，只需將勵(lì)磁順序倒轉(zhuǎn)，依照A相→E相→D相→C相→B相→A相勵(lì)磁即可。

0.72°的高分辨率取決于定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)造上的機(jī)械偏移量，所以不需要編碼器等傳感器即可正確定位。此外，就停止精度而言，只有定子與轉(zhuǎn)子的加工精度、組裝精度、及線圈的直流電阻的不同等因素會(huì)造成影響，因此可獲得±3分(空載時(shí))的高停止精度。實(shí)際上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是由驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)行勵(lì)磁相的轉(zhuǎn)換，而勵(lì)磁相的轉(zhuǎn)換定時(shí)則是由輸入驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)所進(jìn)行。以上舉的是單相勵(lì)磁的例子，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為了有效利用線圈，4相或5相同時(shí)進(jìn)行勵(lì)磁。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的基本特性

使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的特性是否符合使用條件，是相當(dāng)重要的一點(diǎn)。在此說(shuō)明步進(jìn)電動(dòng)機(jī)使用時(shí)的重要特性。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特性可大略分為兩項(xiàng)。

● 動(dòng)特性 ：

這是與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)或旋轉(zhuǎn)時(shí)有關(guān)的特性，主要會(huì)影響機(jī)器的工作、周期時(shí)間等。

● 靜特性 ：

這是與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)停止時(shí)角度變化有關(guān)的特性，主要會(huì)影響機(jī)器的精度。

1、動(dòng)特性

轉(zhuǎn)速―轉(zhuǎn)矩特性

這是表示驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，如特性圖所示。

是選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)所必須考慮的特性。橫軸代表電動(dòng)機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)速，而縱軸則代表轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)速―轉(zhuǎn)矩特性取決于電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器，因使用的驅(qū)動(dòng)器種類(lèi)不同會(huì)有較大差異。

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(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 TORQUE 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 TORQUE 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)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒(méi)有DETENT TORQUE。

5.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?。

9.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。