步進電機簡介

2020-11-25 電子產品世界

1.什麼是步進電機?

步進電機是一種將電脈衝轉化為角位移的執行機構。通俗一點講：當步進驅動器
接收到一個脈衝信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及
步進角）。您可以通過控制脈衝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衝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。

2.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。

3.什麼是保持轉矩（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。由於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。

4.什麼是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；由於
反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。

5.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。

6.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於失步，
因此電機外表允許的最高溫度應取決於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。

7.為什麼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。

8.為什麼步進電機低速時可以正常運轉,但若高於一定速度就無法啟動,並伴有嘯叫聲?

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
動的脈衝頻率，如果脈衝頻率高於該值，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，脈衝頻
率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然後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）。

9.如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉時的振動和噪聲?

步進電機低速轉動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可採用以下方案來克服：

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.採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。

10.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。比如對於步進角為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，那麼電機的運轉解析度為每個脈衝0.45°，電機的精度能否達
到或接近0.45°，還取決於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。

11.四相混合式步進電機與驅動器的串聯接法和並聯接法有什麼區別?

四相混合式步進電機一般由兩相驅動器來驅動，因此，連接時可以採用串聯接法
或並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；並聯接法
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。

12.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範圍（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，那麼電壓取值也高，但
注意電源電壓的紋波不能超過驅動器的最大輸入電壓，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。如果採用線性電源，
電源電流一般可取I的1.1～1.3倍；如果採用開關電源，電源電流一般可
取I 的1.5～2.0倍。

13.混合式步進電機驅動器的脫機信號FREE一般在什麼情況下使用?

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，電機轉子處於自
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。手動完成後，再將FREE信號置高，以繼續自動控制。

14.如果用簡單的方法調整兩相步進電機通電後的轉動方向?

只需將電機與驅動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調即可。

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