步进电机基础

一、步进电机：

      一种将数字脉冲信号转换成机械角位移或线位移的执行元件。每输入一个脉冲，电动机就转过一个角度或前进一步，故称为步进电机。

二、分类：

   步进电机按磁路结构不同可分为磁阻式、永磁式和混合式三种。

三、电机速度：

步进电机最大速度一般在600~1200rpm；

交流伺服电机额定速度一般在3000rpm，最大转速为5000rpm。

四、步进电机常用机座号：

    主要有35、39、57、86、110等。

五、步进电机的主要参数与技术指标：

    额定电压、额定电流、相数、步距角；步距角误差、最大静转矩、空载起动频率、最高运行频率等。

       1、  相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有两相、三相、五相步进电机。

        2、  拍数：完成一个磁场周期性变化缩需脉冲数或导电状态，用m表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。

       3、保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。  （注：通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。人们常说的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、  定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩。

       5、  步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。

       6、  失步：电机运转时运转的步数，不等与理论上的步数。

       7、  失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。

       8、  运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线。

六、步进电机的特点：

       1、对运动位置有一般精度要求，常用的能精确到0.45度。

        2、高响应，能达100次/s

        3、转速要求不高，小于1500转/min

        4、对振动和噪音要求不高的场合

        5、运行时间/（运行时间+停止时间）<50%,不然容易温升过高。

        6、相对与私服马达，成本低。

        7、步进电机的力矩会随转速的升高而下降。

        8、步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点。

        9、空载起动频率：即步进电机在空载情况下能够正常起动的脉冲频率，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。

    步进电机的起步速度一般在10~100rpm，伺服电机的起步速度一般在100~300rpm。根据电机大小和负载情况而定，大电机一般对应较低的起步速度。

        10、低频振动特性：步进电机以连续的步距状态边移动边重复运转。

七、选型注意事项：

       1、  分辨率：注意：一般马达用到4细分，再往上效果就不明显了。

分辨率=步距角/细分数

        2、步距角是有误差的，大概在3%~5%之间，且不累积。

        3、转矩。一般马达转矩必须大于实际需要转矩的2倍。不然会脱步。

        4、转子惯量。10倍转子惯量>负载惯量。不然会停不稳。

         5、转速—扭矩图。步进马达输出扭矩会随这转速变化，这个一定要注意。

八、电压和电流与转速、转矩的关系：

        1、  步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响大，电压越高，步进电机能产生的力矩越大，越有利于需要高速应用的场合，但电机的发热随着电压、电流的增加而加大，所以要注意电机的温度不能超过最大限值。

        2、  步进电机驱动器的输入电压一般设定在步进电机额定电压的3~25倍。建议：57机座电机采用直流24V~48V，86机座步进电机采用直流36v~70v，110机座电机采用直流80v。

       3、  对变压器降压，然后整流、滤波得到的直流电源，其滤波电容的容量可按以下工程经验公式选取：C=(8000*I)/V（uF），式中：I为绕组电流（A），V为直流电源电压（V）

九、步进电机常见问题：

1、丢步

原因：

1）负载力矩超出马达运转曲线；

2）电源功率不够；

3）控制信号被干扰。

解决方法：

1）  减负载或换大马达；

2）  换大功率电源；

3）  控制信号接线使用双绞屏蔽线，驱动器和马达之间也使用屏蔽线。

2、振动和噪音：

原因：

低速领域，振动是步进的特性。

解决方法：

1）  提高细分数；

2）  适当减小电流、低电压来驱动；

3）  使用有平滑驱动功能的驱动器。

4）  通过改变减速比等机械传动避开共振区。

5）  选用电感较大的电机。

6）  换成交流伺服电机，几乎可以完全克服振动和噪声，但成本高。

7）  在电机轴上加磁性阻尼器。

3、温升：

步进电机温升和负载大小无关，只与驱动电压，电流和转速有关。

电机表面温度超过100摄氏度，会影响轴承寿命；超过180摄氏度将会退磁。

应用经验：24V/额定电流，<60摄氏度；36v/额定电流，<75摄氏度。