步進電機為自動化行業(yè)提供了一種經(jīng)濟高效且簡單的方法，可以在各種應(yīng)用中對運動進行數(shù)字控制，包括包裝設(shè)備、3D 打印機、材料處理和分揀線、臺式 CNC 機床等。它們是許多旋轉(zhuǎn)和線性定位軸的關(guān)鍵部件。步進電機的性價比優(yōu)勢在于其簡單性和在開環(huán)控制方案中準(zhǔn)確定位的能力，無需電機向控制器提供任何反饋。要獲得開環(huán)步進系統(tǒng)的****性能優(yōu)勢，需要了解如何指定步進電機并將其安裝到應(yīng)用程序中。以下是步進電機用戶（無論是新手還是老手）都容易犯的六個常見錯誤。

1.“步進電機的扭矩規(guī)格比我在實踐中看到的要高。”

在計算出在應(yīng)用中移動負載所需的扭矩后，用戶根據(jù) (1) 步進電機的保持扭矩規(guī)格或 (2) 速度-扭矩曲線來選擇步進電機。一旦安裝并連接到負載上，電機就不會產(chǎn)生預(yù)期的扭矩量。一個錯誤是使用保持扭矩作為性能指標(biāo)來指定步進電機。保持扭矩定義了電機在保持 位置而不移動時產(chǎn)生的扭矩。它通常是電機在移動時產(chǎn)生的扭矩的不良指標(biāo)。當(dāng)步進電機開始移動時，產(chǎn)生的扭矩會從保持扭矩值急劇下降，即使在幾轉(zhuǎn)之后也是如此。隨著速度的增加，扭矩進一步下降。因此，不要僅根據(jù)保持扭矩來選擇步進電機。第二個錯誤是沒有理解速度-扭矩曲線的本質(zhì)。速度-扭矩曲線表示步進電機失速時的扭矩。當(dāng)步進電機失速時，轉(zhuǎn)子與定子失去同步，軸停止轉(zhuǎn)動。為確保步進電機繼續(xù)轉(zhuǎn)動并提供足夠的扭矩來移動負載，請通過估計安全邊際來評估速度-扭矩曲線。一個簡單的方法是想象一條平行于速度-扭矩曲線的線，大約是公布曲線高度的 1/2 到 2/3。這條假想線表示步進電機可以可靠地產(chǎn)生的扭矩量，并且失速風(fēng)險最小。
2.“步進電機太熱了；一定有什么問題。”

步進電機設(shè)計用于熱運行。步進電機中最常用的絕緣等級是 B 級，其額定工作溫度高達 130°C。這意味著步進電機的表面溫度在發(fā)生故障之前可以達到 90°C 或更高。這個溫度比一個人在不灼傷皮膚的情況下可以觸摸到的溫度要高得多。因此，請將步進電機安裝在遠離人體接觸機會高的區(qū)域。

步進電機設(shè)計用于在高溫下運行，因為它們用于開環(huán)控制系統(tǒng)。因為開環(huán)步進電機在沒有任何電流反饋（或速度或位置反饋）的情況下運行，所以無論扭矩需求如何，驅(qū)動器提供的電流都是恒定的。為了從步進電機獲得****扭矩，制造商在指定它們時會考慮 B 級絕緣；因此，額定電流旨在****限度地提高扭矩輸出而不會過熱。最終結(jié)果是步進電機會產(chǎn)生很大的扭矩……但這樣做也會變得很熱。

3.“我可以使用 12 伏電源為步進電機和驅(qū)動器供電嗎？”

對于任何類型的電機，不僅僅是步進電機，電源電壓都與電機速度直接相關(guān)。隨著向系統(tǒng)提供更高的電壓，電機達到更高的速度。為伺服和直流電機指定的額定電源電壓對應(yīng)于其他額定規(guī)格，包括速度、扭矩和功率。如果步進電機指定了額定電壓，則通常不超過步進電機的繞組電阻乘以額定電流。這對于產(chǎn)生保持扭矩很有用，但在步進電機移動時幾乎沒有用處。與所有電動機一樣，當(dāng)軸開始移動時，步進電動機會產(chǎn)生反電動勢 (BEMF) 電壓，阻止電流流入繞組。為了產(chǎn)生可用扭矩，電源電壓必須大大高于 BEMF。速度-轉(zhuǎn)矩曲線中規(guī)定的電源電壓是必不可少的信息。如果忽略，例如在公布的曲線使用 48V 電源時使用 12V 電源，電機將無法達到預(yù)期扭矩。

4.“我不能用幾個 PLC 輸出來運行這個步進電機嗎？為什么需要驅(qū)動器？”

兩相步進驅(qū)動器使用一組八個連接形成 H 橋的晶體管。從 PLC 輸出創(chuàng)建等效的 H 橋?qū)⑿枰�八個輸出。一些帶有六根導(dǎo)線的兩相步進電機只需四個晶體管即可驅(qū)動。對于這些，您可以使用四個 PLC 輸出來前后旋轉(zhuǎn)步進電機。然而，步進驅(qū)動器的作用遠不止 H 橋中的晶體管提供的簡單排序。

步進驅(qū)動器使用總線電壓的 PWM 開關(guān)來調(diào)節(jié)電機各相中的電流。正如前面關(guān)于電壓的部分所述，電源電壓必須足夠高以克服 BEMF 并產(chǎn)生高速扭矩。具有微步功能的步進驅(qū)動器進一步改進了 PWM 開關(guān)邏輯，以根據(jù)正弦波對各相中的電流進行比例分配，從而獲得比步進電機的基本步距角更精細的定位。超越最基本的步進驅(qū)動器，那些具有板載軌跡發(fā)生器的驅(qū)動器可以根據(jù)預(yù)設(shè)的加速和減速率自動提高和降低電機速度。對于有興趣剖析步進電機工作原理的人來說，使用 PLC 輸出驅(qū)動步進電機可能是一個很好的項目。對于任何嚴肅的運動控制項目，您都需要合適的驅(qū)動器。
5.“步進電機太吵了……肯定有問題。”

每次步進電機邁出一步，它都會在轉(zhuǎn)子固定到位時產(chǎn)生一點點響聲（想想彈簧上的經(jīng)典質(zhì)量）。振鈴是電機的自然諧振頻率，它基于電機結(jié)構(gòu)。當(dāng)電機步進的頻率接近或等于它時，自然諧振頻率被放大。當(dāng)步進電機以全步序列（可用的****分辨率；等于電機的步距角）和低速（通常在每秒 1 到 5 轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)）驅(qū)動時，這種噪音最為明顯。當(dāng)用戶測試步進電機時，最常出現(xiàn)的噪聲問題是電機未安裝且未連接到任何負載。在這種情況下，電機可以隨心所欲地自由共振，而無需任何阻尼共振。幸運的是，一些簡單的方法可以減輕共振：通過安裝電機并將電機軸連接到負載，為系統(tǒng)添加機械阻尼。將軸與負載耦合會增加系統(tǒng)的慣性或摩擦力……這反過來會改變或抑制電機的自然諧振頻率。通過微步減小步距角。微步時，每一步的步距角要小得多，自然共振頻率被激發(fā)得更少。如果這些步驟都不起作用，請考慮使用在其當(dāng)前控制邏輯中內(nèi)置反諧振算法的步進驅(qū)動器。

6.“我需要一個編碼器來運行步進電機，對吧？”

不，在開環(huán)控制中運行步進電機不需要編碼器。步進電機是****一種使用開環(huán)控制準(zhǔn)確、重復(fù)定位負載的無刷直流電機。其他電機需要某種類型的位置反饋。開環(huán)控制在以下情況下效果很好：隨著時間的推移，運動任務(wù)是相同的。負載不變。所需的速度相對較低。未能完成運動任務(wù)不會導(dǎo)致嚴重或危險的機器故障。