步進(jìn)電機(jī)控制器選型、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器選型

 

一、步進(jìn)電機(jī)選用指南：

1、怎么確定步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)，要注意那幾個(gè)主要參數(shù)？混合式步進(jìn)電機(jī)中的靜力矩,引線數(shù),電感等參數(shù)如何理解？

一般是根據(jù)您的負(fù)載選電機(jī), 主要是參考步進(jìn)電機(jī)的力矩，詳細(xì)的還涉及到電機(jī)的轉(zhuǎn)速和額定電流，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等，起動(dòng)的轉(zhuǎn)速和正常運(yùn)行的轉(zhuǎn)速，另外還有電機(jī)的精度。

 

靜力矩或者叫保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）: 

是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)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(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。

定位力矩 （DETENT TORQUE） 

是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，不知道你說的定位力矩是不是這個(gè)，我認(rèn)為是了。

從上面可以看出，靜力矩和定位力矩的區(qū)別就是電機(jī)通電和不通電定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩的區(qū)別了。

 

引線數(shù)： 

引線數(shù)就比較直觀了，就是電機(jī)接線引腳的數(shù)目。2相雙極型電機(jī)是4根引線。2相單極型電機(jī)是5線或者6線的。

 

電感： 

電感的參數(shù)一般而言不是電機(jī)重點(diǎn)參數(shù)，但是它和電機(jī)有非常密切的關(guān)系，電感通電產(chǎn)生電磁感應(yīng)才有電磁力。不過因?yàn)殡姶帕€和電機(jī)內(nèi)部其他東西有很大關(guān)系，很難從電感上看出什么，看電機(jī)力氣還是得看靜力矩和矩頻曲線。電感只是和驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)上有點(diǎn)關(guān)系。

 

2、步進(jìn)電機(jī)選型注意事項(xiàng)

a、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合-----每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。

 

b、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。 

c、除了標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采

用直流46V,110BYG采用高于直流80V）。當(dāng)然，12伏電壓的電機(jī)也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過要考慮溫升。 

 

d、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇機(jī)座號(hào)較大的電機(jī)。 

 

e、工作轉(zhuǎn)速較高的電機(jī)在帶動(dòng)大慣量負(fù)載時(shí)，一般不要在工作轉(zhuǎn)速下起動(dòng)，而應(yīng)該采用逐漸升頻提速，這樣一來電機(jī)不會(huì)失步，二來可以減少噪音，還可以提高停轉(zhuǎn)時(shí)的定位精度。 

 

f、精度要求高時(shí)，應(yīng)通過采用機(jī)械減速、提高電機(jī)速度以及選用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決。電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或增加阻尼的方法解決。 

 

g、電機(jī)工作在600PPS（0.9度）以下，應(yīng)選擇小電流、大電感、低電壓的驅(qū)動(dòng)器。 

 

h、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)器的原則。

 

3、步進(jìn)電機(jī)原理

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和停止位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性誤差而無累積誤差的特點(diǎn)，使得其控制速度和位置非常簡單。步進(jìn)電機(jī)與普通直流電機(jī)或交流電機(jī)在使用上的區(qū)別是，它不可以直接連接電源，必須在雙環(huán)形脈沖信號(hào)和功率驅(qū)動(dòng)電路等組成的控制系統(tǒng)中使用。

 

4、步進(jìn)電機(jī)的分類

混合式步進(jìn)電機(jī)、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)、永磁式步進(jìn)電機(jī)

 

5、2相/3相步進(jìn)電機(jī)的區(qū)別

2相電機(jī)成本低，但在低速時(shí)的震動(dòng)較大，高速時(shí)力矩下降快；3相電機(jī)振動(dòng)較小，高速性能好，比2相電機(jī)的速度高30~50%，2相步進(jìn)電機(jī)步距角多為1.8 度，3相多為1.5度

 

6、步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)的區(qū)別

力矩范圍：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)一般為中小力矩（一般在40Nm以下）范圍；伺服電機(jī)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)全范圍。

速度范圍：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)速度低（一般在2000RPM以下，大力矩電機(jī)小于1000RPM）；伺服電機(jī)系統(tǒng)速度高（交流伺服可達(dá)5千RPM,直流伺服電機(jī)可達(dá)1~2萬RPM）。

 

控制方式：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)主要是位置控制， 也可實(shí)現(xiàn)智能化的位置/轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩控制方式，低速時(shí)有振動(dòng)（但使用高細(xì)分驅(qū)動(dòng)器可明顯改善）；伺服電機(jī)系統(tǒng)閉環(huán)控制，運(yùn)行平滑。

 

精度：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)一般精度較低，使用高細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)較高；伺服電機(jī)系統(tǒng)的精度取決于反饋裝置的分辨率。

矩頻特性：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)高速時(shí)力矩下降快；伺服電機(jī)系統(tǒng)的矩頻特性好，特性較硬。

過載特性：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)過載時(shí)會(huì)失步；伺服電機(jī)系統(tǒng)短時(shí)可承受3~10倍過載。

反饋方式：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)大多數(shù)為開環(huán)控制，也可接編碼器反饋，防止失步；伺服電機(jī)系統(tǒng)為閉環(huán)方式，編碼器反饋。

編碼器類型：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)開環(huán)控制時(shí)不用編碼器；伺服電機(jī)系統(tǒng)一般采用光電型旋轉(zhuǎn)編碼器（增量型/絕對(duì)值型），旋轉(zhuǎn)變壓器型。

 

響應(yīng)速度：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)相應(yīng)速度一般；伺服電機(jī)系統(tǒng)相應(yīng)速度快。

耐振動(dòng)：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)耐振動(dòng)好；伺服電機(jī)系統(tǒng)耐振動(dòng)一般 （旋轉(zhuǎn)變壓器型耐振動(dòng)好）。

溫升：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行溫升較高；伺服電機(jī)系統(tǒng)一般。

維護(hù)性：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)基本可以免維護(hù)；伺服電機(jī)系統(tǒng)維護(hù)性較好。

價(jià)格：步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)價(jià)格低；伺服電機(jī)系統(tǒng)價(jià)格高。

 

7、如何配用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器？

根據(jù)電機(jī)的電流，配用大于或等于此電流的驅(qū)動(dòng)器。如果需要低振動(dòng)或高精度時(shí)，可配用細(xì)分型驅(qū)動(dòng)器。對(duì)于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)，盡可能用高電壓型驅(qū)動(dòng)器，以獲得良好的高速性能。

 

二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器選用指南：

1、使用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器注意事項(xiàng)

1）電源電壓要合適（過壓可能造成驅(qū)動(dòng)模塊的損壞），直流輸入的+/-極性不得接錯(cuò)，驅(qū)動(dòng)控制器的電流設(shè)定值應(yīng)該合適（開始時(shí)不要太大）； 

 

2）控制信號(hào)線接牢靠，工業(yè)環(huán)境下應(yīng)考慮屏蔽問題（如采用雙絞線）； 

 

3）不要一開始就把所有線全接上，可先進(jìn)行最基本系統(tǒng)的連接，確認(rèn)運(yùn)行良好后再完成全部連接。 

 

4）必須事先確認(rèn)好接地端和浮空端。 

 

5）剛開始運(yùn)行時(shí)，仔細(xì)觀察電機(jī)的聲音和溫升情況，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)立即停機(jī)調(diào)整。

 

 

2、一般步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器識(shí)別的最低脈沖脈寬和2細(xì)分下的最高接受頻率

一般識(shí)別的最低脈沖脈寬不少于2微秒，2細(xì)分下的最高接受頻率為40khz左右 

 

3、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的一般故障現(xiàn)象

不工作，丟步（也可能電機(jī)力不夠），時(shí)走時(shí)停，大小步，震動(dòng)大，抖動(dòng)明顯，亂轉(zhuǎn)，缺相等。

 

三、步進(jìn)電機(jī)控制器選用指南：

1、步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)控制信號(hào)工作，控制信號(hào)由單片機(jī)（或其它如PLC等）產(chǎn)生。其基本原理作用如下：

(1)控制換相順序 

通電換相這一過程稱為脈沖分配。例如：三相步進(jìn)電機(jī)的三拍工作方式，其各相通電順序?yàn)锳-B-C－D,通電控制脈沖必須嚴(yán)格按照這一順序分別控制A,B,C，D相的通斷。 

 

(2)控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向 

如果給定工作方式正序換相通電，步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)，如果按反序通電換相，則電機(jī)就反轉(zhuǎn)。 

 

(3)控制步進(jìn)電機(jī)的速度 

如果給步進(jìn)電機(jī)發(fā)一個(gè)控制脈沖，它就轉(zhuǎn)一步，再發(fā)一個(gè)脈沖，它會(huì)再轉(zhuǎn)一步。兩個(gè)脈沖的間隔越短，步進(jìn)電機(jī)就轉(zhuǎn)得越快。調(diào)整單片機(jī)發(fā)出的脈沖頻率，就可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。

 

2、PLC與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器接線指南：

q0.0 ---------->控制脈沖              q0.2----------->控制方向                      L+ ------------>共陽端                L+與pul+、dir+相接

q0.0 ---------->控制脈沖與pul-連接    q0.2----------->控制方向與dir-連接

注意脈沖和方向均串1k電阻

 

四、步進(jìn)馬達(dá)IC選用指南

1、選用高集成度、技術(shù)成熟的最新馬達(dá)IC產(chǎn)品，有利于加快電子類運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度，有利于降低產(chǎn)品開發(fā)的難度，有利于拓寬單一產(chǎn)品的實(shí)際應(yīng)用范圍，有利于提高產(chǎn)品的性價(jià)比。

 

2、目前技術(shù)領(lǐng)先的高集成度馬達(dá)IC產(chǎn)品主要有，德國TRINAMIC運(yùn)動(dòng)控制產(chǎn)品、東芝馬達(dá)IC產(chǎn)品等，這些廠家步進(jìn)馬達(dá)IC的共同特點(diǎn)是體積小、集成度高、運(yùn)行穩(wěn)定、性價(jià)比高、供貨渠道穩(wěn)定多元。相關(guān)產(chǎn)品推薦：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器