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步進電機常見問題解答-上海施蘭021-51083268
閱讀：2603 發(fā)布時間：2010-10-16
步進電機常見問題解答-上海施蘭
1、什么是步進電機？
步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)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(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。
2、步進電機分類：
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(zhuǎn)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(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。
混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相、五相和三相：兩相步進角一般為1.8度，這種步進電機的應用.
3、如何確定步進電機驅(qū)動器的直流供電電源：
3.1.電壓的確定
混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如2M530的供電電壓為24～45VDC），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)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(qū)動器的zui大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器.
B.電流的確定
供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)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(guān)電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。
4、步進電機和交流伺服電機性能比較：
步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)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。二者的使用性能比較。
4.1 控制精度不同
兩相混合式步進電機步距角一般為1.8°，交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以信濃全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。
4.2 低頻特性不同
步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，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(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。
4.3 矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其zui高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
4.4 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。以信濃交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。
4.5 運行性能不同
步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)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(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
4.6 速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以信濃HO CC 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。
綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目仉姍C。
5、步進電機的工作轉(zhuǎn)速：
具體參看各款電機矩頻特性圖，一般的，U3 H系列空載可到3000轉(zhuǎn)每分，U3系列輸出額定轉(zhuǎn)矩一般在
600轉(zhuǎn)每分以內(nèi)，U2系列輸出額定轉(zhuǎn)矩一般在300轉(zhuǎn)每分以內(nèi)。
6、電機和驅(qū)動器的發(fā)熱問題：
電機可以承受的溫度一般在100度以上，因此使用中燙手是很正常的。小驅(qū)動器帶大電機，如2M530帶86電機，要注意驅(qū)動器散熱問題，低速、間歇工作。
7.驅(qū)動器故障：
7.1 電機相間短路，或長期過負荷運轉(zhuǎn)，燒毀功率模塊
7.2 輸入控制信號電壓偏高、反向，或高頻脈沖突然停止，燒壞輸入光耦
7.3 輸入電源電壓不穩(wěn)定，或回生電流太大，燒毀主電源回路，因此，請注意加隔離變壓器、濾波器、回生吸收電阻、電容等
步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)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(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。
2、步進電機分類：
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(zhuǎn)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(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。
混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相、五相和三相：兩相步進角一般為1.8度，這種步進電機的應用.
3、如何確定步進電機驅(qū)動器的直流供電電源：
3.1.電壓的確定
混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如2M530的供電電壓為24～45VDC），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)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(qū)動器的zui大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器.
B.電流的確定
供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)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(guān)電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。
4、步進電機和交流伺服電機性能比較：
步進電機是一種離散運動的裝置，它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有著本質(zhì)的。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)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。二者的使用性能比較。
4.1 控制精度不同
兩相混合式步進電機步距角一般為1.8°，交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以信濃全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。
4.2 低頻特性不同
步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，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(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整。
4.3 矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其zui高工作轉(zhuǎn)速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為2000RPM或3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出。
4.4 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。以信濃交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其zui大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象。
4.5 運行性能不同
步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)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(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。
4.6 速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以信濃HO CC 400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。
綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目仉姍C。
5、步進電機的工作轉(zhuǎn)速：
具體參看各款電機矩頻特性圖，一般的，U3 H系列空載可到3000轉(zhuǎn)每分，U3系列輸出額定轉(zhuǎn)矩一般在
600轉(zhuǎn)每分以內(nèi)，U2系列輸出額定轉(zhuǎn)矩一般在300轉(zhuǎn)每分以內(nèi)。
6、電機和驅(qū)動器的發(fā)熱問題：
電機可以承受的溫度一般在100度以上，因此使用中燙手是很正常的。小驅(qū)動器帶大電機，如2M530帶86電機，要注意驅(qū)動器散熱問題，低速、間歇工作。
7.驅(qū)動器故障：
7.1 電機相間短路，或長期過負荷運轉(zhuǎn)，燒毀功率模塊
7.2 輸入控制信號電壓偏高、反向，或高頻脈沖突然停止，燒壞輸入光耦
7.3 輸入電源電壓不穩(wěn)定，或回生電流太大，燒毀主電源回路，因此，請注意加隔離變壓器、濾波器、回生吸收電阻、電容等