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工控人家園 綜合討論 步進電機原理、結構、用法

libin520

雖然沒什么突破和進步，卻還是每天在堅持著。

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樓主發表于: 2009-09-21 20:30

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步進電機各相輪流接入整步電流后所產生的步距角叫做該步進電機的基本步距角。
F 相步進電機有 F 個繞組，這 F 個繞組要均勻地鑲嵌在定子上，因此定子的磁極數必定是 F 的整數倍，
因此，轉子轉一圈的步數應該是 F 的整數倍；也就是說：3 相步進電機轉一圈的步數是 3 的整數倍，
4 相步進電機轉一圈的步數是 4 的整數倍，5相步進電機轉一圈的步數是 5 的整數倍；如果步進電機的基本步距角為 A ，
轉一圈的步數是 M ，步進電機的相數是 F 則有下述關系： A=360/M　由于上述機械對稱原理，M 必然是相數 F 的整數倍,
即： M=N*F 其中 N 是正整數。跟據以上分析可以看出，基本步距角是不能取任意值的。我們往往希望步進電機轉一圈為 100 步或其倍數，
這在 2/4 相和 5 相步進電機容易做到，但對于三相步進電機其基本步距角不可能做到轉一圈為 100 步或 200 步，但可以是 300 步。
　　　　有些廠家所標的三相步進電機的步距角為 1.2 度或 3 度，相當每圈 300 步或 120 步，是 3 的整數倍，這種標注很正常。
有些廠家所標注的三相步進電機的步距角為 1.8/0.9/0.72/0.36 度，相當每圈 200/400/500/1000 步，不是 3 的整數倍，
所以這些廠家所標注的不是步進電機的基本步距角，而是步進驅動器每輸入一個步進脈沖時步進電機的轉角，或是步進電機轉一圈時，
步進驅動器輸入的脈沖個數；其實這是步進驅動器帶來的功能，廠家標注到步進電機上了；這種標注方法很容易造成迷惑，
甚至有一些步進電機的銷售商自己都講不清楚，我也是看到這些標注后有了懷疑，通過分析得出的結果。

步進電機是一種離散運動的裝置，它和現代數字控制技術有著本質的聯系。在目前國內的數字控制系統中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數字式交流伺服系統的出現，交流伺服電機也越來越多
地應用于數字控制系統中。為了適應數字控制的發展趨勢，運動控制系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），
但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異�，F就二者的使用性能作一比較。

　　一、控制精度不同

兩相混合式步進電機步距角一般為3.6°、1.8°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72°、0.36°。也有一些高性能的步進電機步距角更小。如四通公司生產的一種用于慢走絲機床的步進電機，
其步距角為0.09°；德國百格拉公司（BERGERLAHR）生產的三相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，
兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。

交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以松下全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2500線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，
其脈沖當量為360°/10000=0.036°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收217=131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=9.89秒。是步距角為1.8°的步進電機的
脈沖當量的1/655。

　　二、低頻特性不同

步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器
的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。

交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，
便于系統調整。

　　三、矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，
都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。

　　四、過載能力不同

步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以松下交流伺服系統為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其最大轉矩為額定轉矩的三倍，
可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，
便出現了力矩浪費的現象。

　　五、運行性能不同

步進電機的控制為開環控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統為閉環控制，
驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環和速度環，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可*。

步進電機主要是依相數來做分類，而其中又以二相、五相步進電機為目前市場上所廣泛采用。二相步進電機每轉最細可分割為400等分，五相則可分割為 1000等分，
所以表現出來的特性以五相步進電機較佳、加減速時間較短、動態慣性較低。
二相/五相步進電機差異比較：
　  二相步進電機  五相步進電機
電機構造（請參照圖三）  8個主極‧；4相(2相)4極線圈  10個主極‧；5相2極線圈
分解能  1.8°/0.9°（200、400分割/圈）  0.72°/0.36°（500、1000分割/圈）
較二相步進電機高出2.5倍
分解能。
振動性  100-200PPS之間為低速共振領域，
振動較大  無顯著共振點
低振動
速度—轉矩特性  于速度上不及五相步進電機  高速度、高轉矩

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