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步進(jìn)電機(jī)-常見(jiàn)問(wèn)題

返回列表 來(lái)源：admin 發(fā)布日期： 2020.01.06

一、什么是步進(jìn)電機(jī)？在何種情況下該使用步進(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)調(diào)速的目的。因此在需要準(zhǔn)確定位或調(diào)速控制時(shí)均可考慮使用步進(jìn)電機(jī)。

二、步進(jìn)電機(jī)分哪幾種？有什么區(qū)別？

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；（消耗功率小）

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。（步距角小，運(yùn)行頻率高）

混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相四相和五相：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，發(fā)展最快。（本司的電機(jī)幾乎都為混合式）

三、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。保持轉(zhuǎn)矩越大則電機(jī)帶負(fù)載能力越強(qiáng)。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)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)。

四、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有幾種？

一般來(lái)說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)有恒壓，恒流驅(qū)動(dòng)兩種，恒壓驅(qū)動(dòng)已近淘汰，目前普遍使用恒流驅(qū)動(dòng)。

五、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%。步進(jìn)電機(jī)單步的偏差并不會(huì)影響到下一步的精度因此步進(jìn)電機(jī)精度不累積。

六、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)致力矩下降甚至于丟失。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)說(shuō)，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏１３０度以上，因此步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏８０－９０度完全正常。

 七、為什么步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而下降？

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。

八、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?/span>我們建議空載啟動(dòng)頻率選定為電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)的２倍。

九、步進(jìn)電機(jī)增加轉(zhuǎn)矩的方法？

A. 加減速器可以有效地增大轉(zhuǎn)矩

B. 三相的比兩相的精度高，兩相的比三相的力矩大。

步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)增加轉(zhuǎn)矩的方法

1.選擇步距角小的步進(jìn)電機(jī)：在低速時(shí)轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)子齒數(shù)增加而變大。選擇步距角小的步進(jìn)電機(jī)能獲得高轉(zhuǎn)矩。實(shí)際上HB型轉(zhuǎn)子齒數(shù)如為    50齒，永久磁鐵的漏磁將增加，但不會(huì)成比例，此結(jié)論在100 齒以下均有效。三相HB        型步進(jìn)電機(jī)從1.2°（轉(zhuǎn)子50 齒）改為            0.6°（轉(zhuǎn)子100齒），約增加            1.4 至 1.8 倍的低速轉(zhuǎn)矩。

2.雙極型接線：效率能改善2倍。市場(chǎng)上很容易買到兩相單極型或雙極型步進(jìn)電機(jī)，但雙極型的驅(qū)動(dòng)功率管比單極型的多。

步進(jìn)電機(jī)在高速時(shí)增加轉(zhuǎn)矩的方法

1.降低匝數(shù)，使L減小：在電機(jī)廠商的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品中選擇電感    L小的，額定電流會(huì)變大。下圖為保持低速時(shí)輸入相同，改變繞組匝數(shù)的兩相HB 型步進(jìn)電機(jī)的速度-        轉(zhuǎn)矩特性的比較。在高速時(shí)，額定電流越大（安匝數(shù)相同，匝數(shù)少），電機(jī)轉(zhuǎn)矩越大（電機(jī)為兩相、HB型、 1. 8 °、            56mm、長(zhǎng)54mm）。

2.永久磁鐵的磁通要小：如生產(chǎn)廠家無(wú)法減小永久磁鐵，可以增加氣隙，使高速時(shí)降低反電勢(shì)，增加電流，使轉(zhuǎn)矩增大，使速度-轉(zhuǎn)矩特性從低速到高速變成一條直線，提高高速時(shí)的轉(zhuǎn)矩，同時(shí)響應(yīng)頻率也增加。

3.選擇步距角大的電機(jī)：使高速時(shí)的轉(zhuǎn)矩得到有效的提高，請(qǐng)參考《電機(jī)選擇：從轉(zhuǎn)速來(lái)選用步進(jìn)電機(jī)》中步距角0.6°和    1.2°的轉(zhuǎn)矩曲線。

十、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)改變減速比提高步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行速度。

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。因?yàn)榧?xì)分型驅(qū)動(dòng)器電機(jī)的相電流變流較半步型平緩。

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)，或兩相細(xì)分型步進(jìn)電機(jī)。

D、換成直流或交流伺服電機(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。

十一、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度的兩相混合式步進(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)分辨率為每個(gè)脈沖0.45度，電機(jī)的精度能否達(dá)到或接近0.45度，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。普通的開(kāi)環(huán)步進(jìn)電機(jī)實(shí)際是無(wú)法分辨這個(gè)精度的。高的細(xì)分只能保證運(yùn)行平滑，減少振動(dòng)和噪音。如果對(duì)平穩(wěn)性和精度要求不高，但對(duì)轉(zhuǎn)速要求很高的話。建議用中低細(xì)分確保每秒發(fā)出的脈沖數(shù)能滿足速度需要。且在實(shí)際使用時(shí)，如果轉(zhuǎn)速很低情況下，應(yīng)該選高細(xì)分，確保平滑，減少振動(dòng)和噪音。

十二、四相驅(qū)動(dòng)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)速較低的場(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。

十三、如何確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器直流供電電源？

A、供電電源供電電壓的確定 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１２－４８ＶＤＣ），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。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較低，則可以考慮電壓選取較低值。    

B、供電電源輸出電流的確定 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1.1-1.3倍；如果采用開(kāi)關(guān)電源，電源電流一般可取Ｉ的1.5-2.0倍。如果一個(gè)供電源同時(shí)給幾個(gè)驅(qū)動(dòng)器供電，則應(yīng)考慮供電電源的電流應(yīng)適當(dāng)加倍。

十四、混合式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的使能信號(hào)MF(Ena)一般在什么情況下使用？     

當(dāng)接入使能信號(hào)或者MF(Ena)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)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可以用手動(dòng)直接轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸，就可以接入使能信號(hào)或者將    MF(Ena)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，再斷開(kāi)使能信號(hào)或者將MF(Ena)信號(hào)置高，以繼續(xù)自動(dòng)控制。

十五、如何用簡(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。                               

十六、對(duì)IP的含義的解釋如下       

IP（INTERNATIONAL PROTECTION）防護(hù)等級(jí)系統(tǒng)是由IEC（INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION）所起草。將電器依其防塵防濕氣之特性加以分級(jí)。這里所指的外物含工具，人的手指等均不可接觸到電器內(nèi)之帶電部分，以免觸電。IP防護(hù)等級(jí)是由兩個(gè)數(shù)字所組成，第1個(gè)數(shù)字表示電器離塵、防止外物侵入的等級(jí)，第2個(gè)數(shù)字表示電器防濕氣、防水侵入的密閉程度，婁字越大表示其防護(hù)等級(jí)越高，兩個(gè)標(biāo)示數(shù)字所表示的防護(hù)等級(jí)如表一及表二。

表一：第一個(gè)標(biāo)示特性號(hào)碼（數(shù)字）所指的防護(hù)程度

防護(hù)等級(jí)

簡(jiǎn)稱

定義

0

無(wú)防護(hù)

對(duì)外界的人或物無(wú)特殊的防護(hù)

1

防護(hù)大于50mm的固體

防止人體（如手掌）因意外而接觸到電器內(nèi)部的零件，防止較大尺寸（直徑大于50mm）的外物侵入

2

防護(hù)大于2mm的固體

防止人的手指接觸到電器內(nèi)部的零件，防止中等尺寸（直徑大于12.5mm）的外物侵入

3

防護(hù)大于2.5mm的固體

防止直徑或厚度大于2.5mm的工具、電線及類似的小型外物侵入而接觸到電器內(nèi)部的零件

4

防護(hù)大于1mm的固體

防止直徑或厚度大于1.0mm的工具、電線及類似的小型外物侵入而接觸到電器內(nèi)部的零件

5

防塵

完全防止外物侵入，雖不能完全防止灰塵侵入，但灰塵的侵入量不會(huì)影響電器的正常運(yùn)作

6

塵密

完全防止外物及灰塵侵入


表二：第二個(gè)標(biāo)示特性號(hào)碼（數(shù)字）所指的防護(hù)程度

防護(hù)等級(jí)

簡(jiǎn)稱

定義

0

無(wú)防護(hù)

對(duì)水或濕氣無(wú)特殊的防護(hù)

1

防止水滴浸入

垂直落下的水滴（如凝結(jié)水）不會(huì)對(duì)電器造成損壞

2

傾斜15度時(shí)，仍可防止水滴浸入

當(dāng)電器由垂直傾斜至15度時(shí)，滴水不會(huì)對(duì)電器造成損壞

3

防止噴灑的水浸入

防雨或防止與垂直的夾角小于60度的方向所噴灑的水侵入電器而造成損壞

4

防止飛濺的水浸入

防止各個(gè)方向飛濺而來(lái)的水侵入電器而造成損壞

5

防止噴射的水浸入

防持續(xù)至少3分鐘的低壓噴水

6

防止大浪的水浸入

防持續(xù)至少3分鐘的大量噴水

7

防止浸水時(shí)水的浸入

在深達(dá)1米的水中防30分鐘的浸泡影響

8

防止沉沒(méi)時(shí)水的浸入

在深度超過(guò)1米的水中防持續(xù)浸泡影響。準(zhǔn)確的條件由制造商針對(duì)各設(shè)備指定。

十七、什么是電機(jī)絕緣等級(jí)？

表示電機(jī)所用的絕緣材料及絕緣結(jié)構(gòu)，允許工作的最高溫度。電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu)耐熱等級(jí)分為5等，如下表：


絕緣等級(jí)

A

E

B

F

H

允許最高溫度

105

120

130

155

180

注：工業(yè)用的伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)，一般的絕緣等級(jí)為B級(jí)。

十八、美制電線標(biāo)準(zhǔn)AWG與公制、英制單位對(duì)照

在硬件設(shè)計(jì)和線纜選型過(guò)程中，我們經(jīng)常會(huì)碰到諸如16AWG、18AWG、24AWG、26AWG等等表示電纜直徑的方法。實(shí)際上AWG(American Wire Gauge)是美制電線標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)稱，AWG值是導(dǎo)線厚度（以英寸計(jì)）的函數(shù)    。一般以下表表示AWG與公制、英制單位的對(duì)照。其中，4/0表示0000，3/0表示000，2/0表示00，1/0表示0。例如，常用的電話線直徑為26AWG，約為0.4mm。

AWG

外徑

截面積（mm2 ）

電阻值（W/Km）

AWG


外徑

截面積（mm2 ）

電阻值（W/Km）

公制mm

英制inch

公制mm

英制inch

4/0

11.68

0.46

107.22

0.17

22

0.643

0.0253

0.3247

54.3

3/0

10.40

0.4096

85.01

0.21

23

0.574

0.0226

0.2588

48.5

2/0

9.27

0.3648

67.43

0.26

24

0.511

0.0201

0.2047

89.4

1/0

8.25

0.3249

53.49

0.33

25

0.44

0.0179

0.1624

79.6

1

7.35

0.2893

42.41

0.42

26

0.404

0.0159

0.1281

143

2

6.54

0.2576

33.62

0.53

27

0.361

0.0142

0.1021

128

3

5.83

0.2294

26.67

0.66

28

0.32

0.0126

0.0804

227

4

5.19

0.2043

21.15

0.84

29

0.287

0.0113

0.0647

289

5

4.62

0.1819

16.77

1.06

30

0.254

0.0100

0.0507

361

6

4.11

0.1620

13.30

1.33

31

0.226

0.0089

0.0401

321

7

3.67

0.1443

10.55

1.68

32

0.203

0.0080

0.0316

583

8

3.26

0.1285

8.37

2.11

33

0.18

0.0071

0.0255

944

9

2.91

0.1144

6.63

2.67

34

0.16

0.0063

0.0201

956

10

2.59

0.1019

5.26

3.36

35

0.142

0.0056

0.0169

1,200

11

2.30

0.0907

4.17

4.24

36

0.127

0.0050

0.0127

1,530

12

2.05

0.0808

3.332

5.31

37

0.114

0.0045

0.0098

1,377

13

1.82

0.0720

2.627

6.69

38

0.102

0.0040

0.0081

2,400

14

1.63

0.0641

2.075

8.45

39

0.089

0.0035

0.0062

2,100

15

1.45

0.0571

1.646

10.6

40

0.079

0.0031

0.0049

4,080

16

1.29

0.0508

1.318

13.5

41

0.071

0.0028

0.0040

3,685

17

1.15

0.0453

1.026

16.3

42

0.064

0.0025

0.0032

6,300

18

1.02

0.0403

0.8107

21.4

43

0.056

0.0022

0.0025

5,544

19

0.912

0.0359

0.5667

26.9

44

0.051

0.0020

0.0020

10,200

20

0.813

0.0320

0.5189

33.9

45

0.046

0.0018

0.0016

9,180

21

0.724

0.0285

0.4116

42.7

46

0.041

0.0016

0.0013

16,300

由表中得到的AWG與英寸的關(guān)系如下：

AWG = Alog10 inch- B

其中，A ＝ -19.93156857，B     ＝ 9.73724。

 

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