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步進電機常見問題解答-上海施蘭021-51083268
閱讀：2602 發布時間：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化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（即步進角）。您可以通過控制脈沖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沖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。
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、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動器的直流供電電源：
3.1.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范圍（比如2M530的供電電壓為24～45VDC），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，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅動器的zui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，它和現代數字控制技術有著本質的。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。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編碼器保證。以信濃全數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，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，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。
4.3 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zui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。
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為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其zui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。
4.5 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，控制性能更為可靠。
4.6 速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，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，交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以，在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控電機。
5、步進電機的工作轉速：
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轉每分，U3系列輸出額定轉矩一般在
600轉每分以內，U2系列輸出額定轉矩一般在300轉每分以內。
6、電機和驅動器的發熱問題：
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。小驅動器帶大電機，如2M530帶86電機，要注意驅動器散熱問題，低速、間歇工作。
7.驅動器故障：
7.1 電機相間短路，或長期過負荷運轉，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化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（即步進角）。您可以通過控制脈沖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沖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。
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、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動器的直流供電電源：
3.1.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范圍（比如2M530的供電電壓為24～45VDC），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，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅動器的zui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，它和現代數字控制技術有著本質的。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。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編碼器保證。以信濃全數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，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，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。
4.3 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zui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。
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為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其zui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。
4.5 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，控制性能更為可靠。
4.6 速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，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，交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以，在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控電機。
5、步進電機的工作轉速：
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轉每分，U3系列輸出額定轉矩一般在
600轉每分以內，U2系列輸出額定轉矩一般在300轉每分以內。
6、電機和驅動器的發熱問題：
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。小驅動器帶大電機，如2M530帶86電機，要注意驅動器散熱問題，低速、間歇工作。
7.驅動器故障：
7.1 電機相間短路，或長期過負荷運轉，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