步进电机基础知识.docx

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步进电机基础知识

★步进电机，是一种能够接受数字信号的机械动力装置，有着非常精确的步距角，体积小巧，输出力矩较大。

有好几十种规格可以选择。

★步进电机的保持转矩，近似于传统电机所称的“功率”。

当然，有着本质的区别。

步进电机的物理结构，完全不同于交流、直流电机，步进电机的输出功率是可变的。

通常根据需要的转矩大小（即所要带动物体的扭力大小），来选择哪种型号的步进电机。

大致说来，扭力在0.8N.m以下，选择28、35、39、42（电机的机身直径或方度，单位：

mm）;扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。

扭力在几个N.m或更大的情况下，就要选择75、86、90、110、130等规格的步进电机。

对于步进电机的转速也要特别考虑。

因为，步进电机的输出转矩，与转速成反比。

就是说，步进电机在低速（每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大），在高速旋转状态的转矩（1000转/分--9000转）就很小了。

当然，有些工作环境需要高速步进电机，就要对步进电机的线圈电阻、电感等指标进行衡量。

选择电感稍小一些的步进电机，作为高速步进电机，能够获得较大输出转矩。

反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。

★步进电机空载起动频率，通常称为“空起频率”。

这是选购步进电机比较重要的一项指标。

如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000转/分钟左右（或更高），通常需要“加速启动”。

如果需要直接启动达到高速运转，最好选择反应式或永磁步进电机。

这些步进电机的“空起频率”都比较高。

★步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。

其实，不同相数的步进电机，工作效果是不同的。

相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。

很多场合，使用两相步进电机（四相步进电机）比较多。

在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机，还是很实用的。

★特种步进电机能够防水、防油，用于某些特殊场合。

例如水下机器人，就需要放水步进电机。

75BYG系列步进电机大多是防水结构。

对于特种用途的步进电机，就要针对性选择了。

★特殊规格的步进电机，通常需要和生产厂家沟通，在技术允许的范围内，加工订货。

例如，出轴的直径、长短、伸出方向等。

南京步进电机厂电话：

85181878

8月12日8:

步进电机技术问答

南京步进电机厂技术部

★★1.什么是步进电机?

▲步进电机是一种将数字脉冲信号转化为角位移的执行机构。

也就是说，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（即步进角、步距角）。

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，可实现大转矩输出，步进角一般为0.75度。

输出转矩较大，转速也比较高。

这种电机，在机床上使用较多。

▲混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。

它又分为两相、三相、四相和五相：

两相（四相）步距角一般为1.8度，三相步距角通常为1.2度，而五相步进角多为 0.72度。

目前，混合式步进电机的应用最为广泛。

★★3.什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）?

▲保持转矩（HOLDING TORQUE）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DETENT TORQUE?

▲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。

通常称为“定位转矩”。

DETENT TORQUE 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DETENT TORQUE。

★★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能够采用单极性驱动和双极性驱动两种方式。

例如：

HSM8672驱动器是单极性驱动，HSM1524-8驱动器是双极性驱动。

通常用两相驱动器就能够驱动四相步进电机。

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低的场合使用，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（例如HSM1524-8的供电电压为8～40VDC），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.如何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。

★★15.步进电机驱动器的细分原理是什么？

◆用于自动化运动控制系统中的步进电机，主要有二相、三相、四相、五相混合式步进电机。

步进电机必须匹配相应驱动器，才能够接受控制器（CPU、PLC等）的数字信号。

为了降低步进电机工作噪音，通常使用细分驱动器，尤其是在低速工作状态时比较明显。

◆很多人对“细分”还不是特别了解，有的只是认为，细分是为了提高精度，其实不然，细分主要是改善电机的运行性能，现说明如下：

步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的，以二相电机为例，假如电机的额定相电流为3A，如果使用常规驱动器（如常用的恒流斩波方式）驱动该电机，电机每运行一步，其绕组内的电流将从0突变为3A或从3A突变到0，相电流的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音。

如果使用细分驱动器，在10细分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A，且电流是以正弦曲线规律变化，这样就大大的改善了电机的振动和噪音，因此，在性能上的优点才是细分的真正优点。

由于细分驱动器要精确控制电机的相电流，所以对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本亦会较高。

注意，国内有一些驱动器采用“平滑”来取代细分，有的亦称为细分，但这不是真正的细分，望广大用户一定要分清两者的本质不同：

1．“平滑”并不精确控制电机的相电流，只是把电流的变化率变缓一些，所以“平滑”并不产生微步，而细分的微步是可以用来精确定位的。

2．电机的相电流被平滑后，会引起电机力矩的下降，而细分控制不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加。

★ ★16.单极性驱动器与双极性驱动器能否通用？

◆单极性驱动器不能代替双极性驱动器使用，而双极性驱动器能够代替单极性驱动器使用。

由于两种驱动器的电流分配方式不同，其驱动步进电机的效果也不一样。

单极性驱动器（例如：

HSM8672），是专门用于采用单极性接法的四相步进电机。

例如有五线、六线、八线几种引线方式四相步进电机，既能够使用单极性驱动器，又能够使用双极性驱动器（例如：

HSM1524-8）。

但是，要达到最佳效率，还是针对性地选择驱动器为好。

8月4日15:

HSM8672步进电机驱动器

HSM8672四相步进电机驱动器

优势特点：

HSM8672采用金属氧化物半导体场效应晶体管作为功率驱动部件（MOSFET），能够输出恒定强大的电流。

通过四个相位微步距组合，能够充分发挥四相步进电机的结构力学原理，实现最大转矩输出。

步进电机工作状态时振动小、噪音低。

应用于X-Y-Z-D-S多轴运动控制系统中，体积小，价格低，性能卓越！

技术特征：

采用两种供电方式，方便实用。

当步进电机转速在低于400转/分钟时，使用8—24V直流供电，端子AC、AC2接正极，GND接负极。

需要步进电机高速运转时，AC接入双组6V0.3A交流，中心抽头接端子GND；端子AC2为动力电源单组交流6V—36V输入。

驱动器峰值状态最大输出电流4A，是在特定的供电电压、控制信号脉冲频率、步进电机的相电阻、相电感的条件下：

AC=36V，0.5pps/pulse,Load/pulse=0.5Ώ,L=10mH。

常规提供步进电机工作的最大电流，应当依据所驱动的步进电机额定电流、电压指标，来确定输入电压、电流的大小。

电压的选取：

步进电机在低速运转时，选取较为低的供电电压；步进电机需要高速运转时，选取较高电压供电。

端子AC2输入电流强度则要和步进电机的额定电流一致，或大于额定电流的10％至50％，要视步进电机工作状态（连续或间歇）时的发热程度，限制加大电流的强度。

广泛适配小于4A电流的四相五线、六线、八线步进电机。

控制方法：

控制信号端子共有四个：

+V共阳端口，接控制系统CUP的+5V电源；CWB方向信号控制端口；CLK时钟脉冲输入端口；ENA为使能端口。

CLK的频率范围：

DC—50KHz（最小脉宽为10µs,工作状态占空比为40％--60％）。

ENA使能的用法：

①ENA输入高电平或悬空时，CLK输入脉冲信号，步进电机运转；CLK无输入信号时，步进电机停止运转时有加载定位力矩。

②ENA输入低电平时，能够立即制动步进电机（即使在高速运转），步进电机停止运转，转子处于自由状态，没有加载定位力矩。

拨码开关1、2、3、4、5的不同设置，能够改变步进电机的步距角及步进电机工作电流的波形（位置定义ON=0，OFF=1）。

拨码开关123为细分设置:

000=整步，100=1/2步，010=1/4步，110=1/8步。

拨码开关4、5能够调整驱动电流的波形，改善步进电机的振动（现场调试）。

步进电机接线：

端子+36V接A、B两组线圈的中心抽头；A+、A-接A组线圈，B+、B-接B组线圈。

只要其中一组线圈的+\-互换，就能够改变步进电机的旋转方向。

注意：

A、B两组线圈不可交叉接入！

如果是四相八线步进电机，可以根据需要将引线并联或串联组合，按照上述方法使用。

直流输出：

端子+36V、+5V能够输出两种直流正极，对应负极端子GND。

端子+36V电压是随端子AC2的电压、电流输入的高低，成正比变化。

端子+5V输出电压+5V,最大电流为1A。

欢迎浏览：

南京步进电机厂电话：

025-85181878

7月13日9:

步进电机驱动器：

HSM1527-8（体积小、价格低、性能卓越）

HSM1524-8步进电机驱动器

使用说明

1、采用PWM斩波方式，以正弦波微步距驱动步进电机。

包括整步、半步、1/4步、1/8步，四种工作状态的双极性驱动。

2、 ★★输出电流范围：

1.5A（常态）至2.5A（峰值）。

3、 ★★适应大范围电压的驱动，采用直流电源供电。

电源电压VD=8V至最高40V。

步进电机在低速运转时，选择较低的电源电压；步进电机转速较高时，选取较高的电压电压。

4、 ★★ENABLE接低电平工作，接高电平或悬空为关闭输出信号。

5、 ★★CLOCK与CW/CCW两种方法控制正转、反转。

①CLOCK1为脉冲，CLOCK2接高电平时（或悬空），CW/CCW接低电平正转，接高电平反转。

②CW/CCW接高电平时（或悬空），CLOCK1输入脉冲为正转，CLOCK2输入脉冲为反转（脉冲最高频率为13KHz）。

6、 ★★制动自锁（励磁加载定位力矩）及脱机自由状态的设置：

CLOCK1接脉冲，步进电机在工作状态下，CLOCK2接受高电平为运转，CLOCK2接受低电平为制动自锁（此时，步进电机有电流通过），CW/CCW由高低电平控制正反转。

需要解除自锁时，ENABLE由低电平变为高电平，步进电机则没有电流通过，转子为脱机自由状态。

7、 ★★CLOCK1与CLOCK2的输入定义可以互换。

8、 ★★Mo输出端口为步进电机输出脉冲累计（平时不用）。

9、 ★★拨码开关1、2的组合能够改变细分状态（电平定义：

ON=0，OFF=1）：

00=整步，10=1/2步，01=1/4步，11=1/8步。

10、 ★★拨码开关3关闭（OFF）=最大电流输出，打开（ON）=自动限制电流。

11、 ★★如果需要大电流、长时间工作，建议加装风扇散热，以保证大电流的输出及延长集成电路的寿命。

12、 ★★对于需要驱动电流较小的微型步进电机，电源电流的供给，通常需要与步进电机额定电流相同。

如果要加大步进电机的输出转矩，也可以采取大于步进电机额定电流强度10％--50％左右的电源电流，但是要观察步进电机的发热程度。

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