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步进电机的介绍 北京四通电机技术有限责任公司深圳分公司 2001年7月 项目 步进电机的概述 步进电机的技术参数 步进电机的选型 步进电机的控制 步进电机和伺服电机的比较 步进电机的注意事项 北京四通电机公司的简介 步进电机的概述 简单地说，控制器发出的脉冲个数决定步进电机转动的角度，脉冲频率决定步进电机的转速。 定义：根据控制器输出的脉冲信号，驱动器规则地、周期性改变电机的电流（即电机的励磁）状态，电机就转动相应地一定角度。无刷式直流电动机，同步电动机。 使用步进电机必须配相应地驱动器（或称之为电源），不配驱动器是无法直接使用步进电机。 步进电机适用于控制简单、低速、大力矩和精度高的场合,控制成本低，和负载直接相连。 步进电机分为分为反应式、永磁式和混合式，其中反应式由于体积大、发热大和力矩小，永磁式的特点大力矩，而混合式兼顾了反应式的精度高和永磁式的力矩大，所以混合式步进电机是目前最为成功的电机技术，而反应式已被淘汰。 步进电机的技术参数 保持转矩：当电机上电且电机锁轴，使电机由锁轴静止的状态变为运动所要求的最小外力。它标称的是电机输出力矩的大小，它和电机输出的最大力矩成正比。可以认为相当于普通电机的功率。 步距角：一个脉冲对应的电机轴所转动的角度。 步进电机的技术参数 电流：静态相电流，单位安培，一定程度上反映了电机的力矩。 空载启动频率：电机空载，在一定的驱动器下，电机可以直接启动而电机不失步的最大脉冲频率。一般带上负载后，电机可以直接启动的频率（即直接起跳频率）是空载启动频率的1/3或1/4左右。 机座号：机座号指电机的法兰盘安装尺寸，它反应的是电机力矩等级。 目前标准的机座号是42/（56）57/86/90/110/130 步进电机的技术参数 矩频曲线：指电机力矩和脉冲频率之间的关系。 电机的力矩随电机转速（脉冲频率）的升高而下降。 步进电机的选型 负载的估算----首先，步进电机的带载能力是随电机的转速升高而下降（即电机的输出力矩在下降），见力矩-转速图。估算负载的目的是估算出步进电机在某个转速下所能输出的力矩，而该转速是系统要求的最高转速，力矩是在该速度下还可以带动负载的力矩。如果原来系统使用普通交流电机，可以根据交流电机的功率进行估算。具体如下：10×P= n × M ，其中P指交流电机的功率，单位是瓦；n 指交流电机的转速，即要求步进电机的转速，单位是转/分钟；M指交流电机在该转速下的输出力矩。而步进电机的力矩必须是2~3倍的计算力矩，以便提供相应的力矩余量。如果系统是一个新的系统，则要求客户根据负载的重量、摩擦和运行速度等等进行估算。 步进电机的选型 精度----根据系统要求的线性精度， 通过计算得出电机的步矩角，即电机的精度。例如， 要求精度达到0.5mm，步进电机轴上安装的是直径20m m的同步带轮，那么同步带轮的周长是3.14×20≈63mm， 63÷0.5=126，即走完一圈最少要求把同步带轮平均等分 为126份，而采用2相步进电机可以将同步带轮平均等分 为200份，每个脉冲走1.度，精度是0.3mm，所以选用2 相步进电机（当然选择5相电机也可以，但由于2相电 机可以满足要求，因此无需选择精度更高的5相电机）。 步进电机的选型 速度----由于步进电机的特点是低速、大力矩和高精度，所以与普通交流电机的带减速器的驱动方式相比，步进电机一般与负载采用直接连接方式，不加减速器。其中对于2相电机而言，低速指转速范围是指300～600转/分钟；对于5相电机而言，低速指转速范围是指60～600转/分钟。 动态特性----指电机对速度变化时的响应能力。一般电机由起跳速度到运行速度时间大约是几百毫秒。 步进电机的控制 可编程控制器PLC----该方式适合于电气工程师，可应用于要求电机的运动轨迹简单，控制设备多，运行环境苛刻的场合。采用梯形图编程和可以输出脉冲的晶体管型PLC。 运动控制卡+计算机----该方式适合于计算机工程师，可应用于要求电机的运动轨迹复杂，控制设备少，运行环境良好的场合。一般板卡都附有相应的函数库或动态连接库，用户可以采用VB和VC计算机语言编程。 单片机----该方式适合于电子工程师，可应用于要求电机的运动轨迹中等，控制设备少，运行环境良好的场合。电子工程师需自己搭接外围电路，开发周期长。系统抗干扰能力差。 步进电机的控制 具体编程（以松下公司FP0系列PLC为例）----首先根据设备的具体要求，计算出步进电机的运行速度和行程。其次，根据所选择的步进电机精度和负载，进而计算出步进电机的运行频率和运行的步数。最后，进行具体的编程，一般，步进电机以某个速度（起跳速度）直接运行，然后经过短时间（加速时间一般是毫秒级，大约