步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)入門

1、步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)入門東方馬達(dá)中國(guó)總公司 朱華摘要：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、停止的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 期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常 的簡(jiǎn)單。關(guān)鍵詞：脈沖控制 永磁勵(lì)磁一、步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造（以 5相步進(jìn)為例）步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造主要采用圖示的方式進(jìn)行講解：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)構(gòu)造上大致分為定子與轉(zhuǎn)子兩部分。轉(zhuǎn)子由轉(zhuǎn)子1、轉(zhuǎn)子2、永久磁鋼等3部分構(gòu)成。而且轉(zhuǎn)子朝軸方向已經(jīng)磁化，轉(zhuǎn)

2、子1為N極時(shí)，轉(zhuǎn)子 2則為S極。轉(zhuǎn)子1線圈電動(dòng)機(jī)構(gòu)追圖1 :與轉(zhuǎn)軸成平行方向的斷面圖定子擁有小齒狀的磁極，共有10個(gè)，皆繞有線圈。其線圈的對(duì)角位置的磁極相互連接著，電流流通后，線圈即會(huì)被磁化成同一極性。（例如某一線圈經(jīng)由電流的流通后，對(duì)角線的磁極將同化成S極或N極。）對(duì)角線的2個(gè)磁極形成1個(gè)相，而由于有 A相至E 相等5個(gè)相位，因此稱為 5相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子2出力軸線圈凸緣系統(tǒng)構(gòu)成圖示轉(zhuǎn)子的外圈由 50個(gè)小齒構(gòu)成，轉(zhuǎn)子 1和轉(zhuǎn)子2的小齒于構(gòu)造上互 相錯(cuò)開1/2螺距。 由此轉(zhuǎn)子形成了 100個(gè)小齒。目前已經(jīng)有轉(zhuǎn)子單個(gè)加工至 100齒的高分辨率型，那么高分辨 率型的轉(zhuǎn)子就有 200個(gè)小齒。因此其機(jī)

3、械上就可以實(shí)現(xiàn)普通步進(jìn)電機(jī)半步（普通步進(jìn)電機(jī)半步需要電氣細(xì)分達(dá)到）的分辨率。各磁極前端刻有小齒定子A相、B相、C相、D相、 E相各相線圈的繞線分 別對(duì)應(yīng)到其具有相同磁 性的磁極上。轉(zhuǎn)子1岀力軸轉(zhuǎn)子2A相B相C相D相E和電動(dòng)機(jī)構(gòu)造圖2 :與轉(zhuǎn)軸成垂直方向的斷面圖二、步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)原理。實(shí)際上經(jīng)過磁化后的轉(zhuǎn)子及定子的小齒的位置關(guān)系，在此說(shuō)明如下。首先解釋勵(lì)磁，勵(lì)磁就是指電動(dòng)機(jī)線圈通電時(shí)的狀態(tài)。 A相勵(lì)磁將A相勵(lì)磁，會(huì)使得磁極磁化成S極，而其將與帶有 N極磁性的 轉(zhuǎn)子1的小齒互相吸引，并與帶有 S極磁性的轉(zhuǎn)子 2的小齒相斥， 于平衡后停止。此時(shí)，沒有勵(lì)磁的B無(wú)佩啟相磁極的小齒和帶有 S極磁性的轉(zhuǎn)子2

4、的小齒互相偏離 0.72 。以上是 A相勵(lì)磁時(shí)的 定子和轉(zhuǎn)子小齒的位置關(guān)系。 B相勵(lì)磁其次由A相勵(lì)磁轉(zhuǎn)為 B相勵(lì)磁時(shí)，B相磁極磁化成 N極，與擁有S極磁性的轉(zhuǎn)子 2互 相吸引，而與擁有 N極磁性的轉(zhuǎn)子1相斥。也就是說(shuō)，從 A相勵(lì)磁轉(zhuǎn)換至 B相勵(lì)磁時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng) 0.72 。由此可知， 勵(lì)磁相位 隨A相t B相t C相t D相t E相t A相依次轉(zhuǎn)換，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以每次 0.72。做正 確的轉(zhuǎn)動(dòng)。同樣的，希望作反方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，只需將勵(lì)磁順序倒轉(zhuǎn)，依照A相t E相t D相t C相t B相t A相勵(lì)磁即可。0.72。的高分辨率，是取決于定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)造上的機(jī)械偏移量，所以不需要編碼器等傳 感器即可正確的定

5、位。下圖就5相步進(jìn)每次的位移量是0.72。進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明：是使具呈現(xiàn)相隔6/10的齒距差之配置方式口由于第一組定子正好與轉(zhuǎn)子相對(duì)應(yīng)吸引。就勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致第二組定子與對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)子相偏離（定子與轉(zhuǎn)子齒距一樣，但是各自所在的2個(gè)圓不一樣大）。而這個(gè)偏離值正好是齒距的十分之一。因此普通 5相步進(jìn)的步距角為：360 /50齒/10=0.72 高分辨率5相步進(jìn)的步距角為：360 /100齒/10=0.36 另外，就停止精度而言，會(huì)影響的只有定子與轉(zhuǎn)子的加工精度、組裝精度、及線圈的直流電阻的不同等而已，因此可獲得 土 3分（無(wú)負(fù)載時(shí)）的高停止精度。實(shí)際上步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是由驅(qū)動(dòng)器來(lái)進(jìn)行勵(lì)磁相的轉(zhuǎn)換，而勵(lì)磁相的轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)

6、則是由輸入驅(qū)動(dòng)器的脈沖信號(hào)所進(jìn)行。以上舉的是 1相位勵(lì)磁的例子，實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，為有效利用線圈同時(shí)進(jìn)行4相或5相勵(lì)磁的。三、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的特征控制器1、運(yùn)轉(zhuǎn)需要的三要素：控制器、驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器步進(jìn)電動(dòng)機(jī)JUUL I |_脈沖信號(hào)提供電力（J以上三部分是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必不可少的三部分?？刂破饔纸忻}沖產(chǎn)生器，目前主要有 PLC、單片機(jī)、運(yùn)動(dòng)板卡等等。2、運(yùn)轉(zhuǎn)量與脈沖數(shù)的比例關(guān)系設(shè)定脈沖數(shù)即可達(dá)到正確的定位運(yùn)轉(zhuǎn)。1 PULSE10 PULESE125 PULSES 0.72+7.2Q*90電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)量L =步級(jí)角” / S t E p X脈沖數(shù)3、運(yùn)轉(zhuǎn)速度與脈沖速度的比例關(guān)系設(shè)定脈沖速度（頻率藕即可達(dá)到正確的運(yùn)轉(zhuǎn)速度控制。IIIIIIHillini1UMB1500Hz1000Hz2000Hz* 60r/min* 120r/min* 240r/min電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度/min 步級(jí)角F/步級(jí)360Q X脈沖速度Hz X 604、本身具有保持力，自我保持力消失。步進(jìn)電機(jī)只有在通電狀況下， 才具備自我保持力。在停電狀況下 因此在升降設(shè)備傳動(dòng)時(shí)，務(wù)必使用附電磁剎車型步進(jìn)電機(jī)。四、結(jié)束語(yǔ)雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用， 但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下就能使用