時代超群步進電機控制的缺點（wgb）

什么是步進電機

　　步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，

它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（即步進角）。您可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，

從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。

步進電機分哪幾種

　　步進電機分三種：永磁式（PM） ，反應式（VR）和混合式（HB）永磁式步進一般為兩相，轉矩和體積較小，

步進角一般為7.5度 或15度；反應式步進一般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。

在歐美等發達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相和五相：兩相步進

角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。

什么是保持轉矩（HOLDING TORQUE）

　　保持轉矩（HOLDING TORQUE）是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要

的參數之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機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，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進電機。

什么是DETENT TORQUE

　　DETENT TORQUE 是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。DETENT TORQUE 在國內沒有統一

的翻譯方式，容易使大家產生誤解；由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。

步進電機精度為多少？是否累積

　　一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。

步進電機的外表溫度允許達到多少

　　步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的****溫度

應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度

以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。

為什么步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降

　　當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，

電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。

為什么步進電機高于一定速度就無法啟動

　　步進電機有一個技術參數：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高

于該值，電機不能正常啟動，可能發生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。

如何克服兩相混合式步進電機的振動和噪聲

　　步進電機低速轉動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：

　　A.如步進電機正好工作在共振區，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區；

　　B.采用帶有細分功能的驅動器，這是最常用的、最簡便的方法；

　　C.換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；

　　D.換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高；

　　E.在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產品，但機械結構改變較大。

細分驅動器的細分數是否能代表精度

　　步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術（請參考有關文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻

振動，提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8°的兩相混合式步進電機，如果細分

驅動器的細分數設置為4，那么電機的運轉分辨率為每個脈沖0.45°，電機的精度能否達到或接近0.45°，還取決于細

分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大；細分數越大精度越難控制。

串聯接法和并聯接法有什么區別

　　四相混合式步進電機與驅動器的串聯接法和并聯接法有什么區別?

　　四相混合式步進電機一般由兩相驅動器來驅動，因此，連接時可以采用串聯接法或并聯接法將四相電機接成兩相

使用。串聯接法一般在電機轉速較低的場合使用，此時需要的驅動器輸出電流為電機相電流的0.7倍，因而電機發熱小；

并聯接法一般在電機轉速較高的場合使用（又稱高速接法），所需要的驅動器輸出電流為電機相電流的1.4倍，因而電

機發熱較大。

如何確定步進電機驅動器的直流供電電源

　　A.電壓的確定

　　混合式步進電機驅動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如IM483的供電電壓為12～48VDC），電源電

壓通常根據電機的工作轉速和響應要求來選擇。如果電機工作轉速較高或響應要求較快，那么電壓取值也高，但注意

電源電壓的紋波不能超過驅動器的****輸入電壓，否則可能損壞驅動器。

　　B.電流的確定

　　供電電源電流一般根據驅動器的輸出相電流I來確定。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

采用開關電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。

混合式步進電機驅動器的脫機信號FREE使用

　　當脫機信號FREE為低電平時，驅動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉子處于自由狀態（脫機狀態）。在有些自

動化設備中，如果在驅動器不斷電的情況下要求直接轉動電機軸（手動方式），就可以將FREE信號置低，使電機脫機，

進行手動操作或調節。手動完成后，再將FREE信號置高，以繼續自動控制。

如何調整兩相步進電機通電轉動方向

　　只需將電機與驅動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調即可。

步進電機的主要特性

1 步進電機必須加驅動才可以運轉， 驅動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候， 步進電機靜止， 如

　　果加入適當的脈沖信號， 就會以一定的角度（稱為步角）轉動。轉動的速度和脈沖的頻率成正比。

　　2 騰龍版步進電機的步進角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個脈沖完成。

　　3 步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優越特性。

　　4 改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉動的方向。

　　因此，目前打印機，繪圖儀，機器人，等等設備都以步進電機為動力核心。

步進電機控制例子

我們使用的單極四相步進電機為例。其結構如圖1：

　　四個繞組引出四相(相A1相A2相B1相B2)和兩個公共線(接到電源的正極)。把繞組的某一相接到電源的地線。

這樣該繞組就會受到激勵。我們采用四相八拍的控制方式，即1相與2相交替導通，這樣可提高分辨率。每一步可

轉0.9°控制電機正轉的勵磁順序如下表：

　　若要求電機反轉，將勵磁信號倒過來傳送即可。 2 控制方案

　　控制系統的框圖如下

　　本方案采用AT89S51作為主控制器件。它與AT89C51兼容，同時還增加了SPI接口和看門狗模塊，這不但使程

序調試變得方便而且也使程序運行更加穩定。在方案中該單片機主要實現現場信號的采集并計算出步進電機運轉的

方向和速度信息。然后傳送給CPLD。

　　CPLD采用EPM7128SLC84-15，EPM7128是可編程的大規模邏輯器件，為ALTERA公司的MAX7000系列產品。

具有高阻抗、電可擦等特點，可用單元為2500個，工作電壓為+5V。CPLD接收到單片機發送過來的信息后，轉換成

對應的控制信號輸出給步進電機驅動器。驅動器則把控制信號處理后輸入電機繞組，實現了電機的有效控制。 2.1 電

機驅動器硬件結構

　　電機的驅動器采用如下電路：

　　其中R1-R8的電阻值為320Ω。R9-R12的電阻值為2.2KΩ。Q1-Q4為達林頓管D401A，Q5-Q8為S8550。J1、

J2與步進電機的六條引線相連

步進電機優缺點

優點

　　1． 電機旋轉的角度正比于脈沖數；

　　2． 電機停轉的時候具有****的轉矩（當繞組激磁時）；

　　3． 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運

動的重復性；

　　4． 優秀的起停和反轉響應；

　　5． 由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機的壽命僅僅取決于軸承的壽命；

　　6． 電機的響應僅由數字輸入脈沖確定，因而可以采用開環控制，這使得電機的結構可以比較簡單而且控

　　制成本

　　7． 僅僅將負載直接連接到電機的轉軸上也可以極低速的同步旋轉。

　　8． 由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉速范圍。

缺點

　　1． 如果控制不當容易產生共振；

　　2． 難以運轉到較高的轉速。

　　3. 難以獲得較大的轉矩

　　4. 在體積重量方面沒有優勢，能源利用率低。

　　5. 超過負載時會破壞同步，高速工作時會發出振動和噪聲。