步进电机的发展

1、步进电机机的发展展、应用用和种类类简介步进电机机最早是是在19920年年代由英英国人所所开发。19550年代代后期晶晶体管的的发明也也逐渐应应用在步步进电机机上，对对于数字字化的控控制变得得更为容容易。往往后经过过不断改改良，使使得今日日步进电电机已广广泛运用用在需要要高定位位精度、高分解解能、高高响应性性、信赖赖性等灵灵活控制制性高的的机械系系统中。在生产产过程中中要求自自动化、省人力力、效率率高的机机器中，我们很很容易发发现步进进电机的的踪迹，尤其以以重视速速度、位位置控制制、需要要精确操操作各项项指令动动作的灵灵活控制制性场合合步进电电机用得得最多。步进电机机依其构构造上的的差异可可分为

2、三三大类：（下图图一） 可变磁磁阻式（VR型）：转子以软软铁加工工成齿状状，当定定子线圈圈不加激激磁电压压时，保保持转矩矩为零，故其转转子惯性性小、响响应性佳佳，但其其容许负负荷惯性性并不大大。其步步进角通通常为115。 永永久磁铁铁式（PPM型）：转子由永永久磁铁铁构成，其磁化化方向为为辐向磁磁化，无无激磁时时有保持持转矩。依转子子材质区区分，其其步进角角有455、90及7.55、11.225、15、18等几种种。 混混和式（HB型）：转子由轴轴向磁化化的磁铁铁制成，磁极做做成复极极的形式式，其乃乃兼采可可变磁阻阻式步进进电机及及永久磁磁铁式步步进电机机的优点点，精确确度高、转矩大大、步进进

3、角度小小。（图一）目前市场场上所使使用的工工业用步步进电机机，以混混和式（HB型）最为普普遍。步进电机机的特征征高精度的的定位： 步步进电机机最大特特征即是是能够简简单的做做到高精精度的定定位控制制。以55相步进进电机为为例：其其定位基基本单位位（分辨辨率）为为0.772（全步步级）/0.336（半步步级），是非常常小的；停止定定位精度度误差皆皆在3分（0.005）以内内，且无无累计误误差，故故可达到到高精度度的定位位控制。（步进进电机的的定位精精度是取取决于电电机本身身的机械械加工精精度）位位置及速速度控制制： 步步进电机机在输入入脉冲信信号时，可以依依输入的的脉冲数数做固定定角度的的回转进

4、进而得到到灵活的的角度控控制（位位置控制制），并并可得到到与该脉脉冲信号号周波数数（频率率）成比比例的回回转速度度。具定定位保持持力： 步步进电机机在停止止状态下下（无脉脉波信号号输入时时），仍仍具有激激磁保持持力，故故即使不不依靠机机械式的的剎车，也能做做到停止止位置的的保持。动作灵灵敏： 步步进电机机因为加加速性能能优越,所以可可做到瞬瞬时起动动、停止止、正反反转之快快速、频频繁的定定位动作作。开回回路控制制、不必必依赖传传感器定定位： 步步进电机机的控制制系统构构成简单单，不需需要速度度感应器器（ENNCODDER、转速发发电机）及位置置传感器器（SEENSOOR），就能以以输入的的脉波

5、做做速度及及位置的的控制。也因其其属开回回路控制制，故最最适合于于短距离离、高频频度、高高精度之之定位控控制的场场合下使使用。中中低速时时具备高高转矩： 步步进电机机在中低低速时具具有较大大的转矩矩，故能能够较同同级伺服服电机提提供更大大的扭力力输出。高信赖赖性： 使使用步进进电机装装置与使使用离合合器、减减速机及及极限开开关等其其它装置置相较，步进电电机的故故障及误误动作少少，所以以在检查查及保养养时也较较简单容容易。小小型、高高功率： 步进电电机体积积小、扭扭力大，尽管于于狭窄的的空间内内，仍可可顺利做做安装，并提供供高转矩矩输出。步进电机机的速度度转矩特特性速度-转转矩特性性取决于于电机

6、及及驱动器器，尤其其与所搭搭配的驱驱动器有有着极大大的影响响；使用用的驱动动器不同同，特性性上的差差异也就就会有明明显的不不同。（图二二）步进电机机速度-转矩特特性曲线线图（图图二）说说明：(1)激激磁最大大静止转转矩：当当运转脉脉冲速度度等于00 Hzz时，曲曲线与YY轴交接接的点即即称为激激磁最大大静止转转矩。也也就是指指电机在在通电但但无输入入脉冲信信号的情情况下，其所具具备的保保持转矩矩即称为为激磁最最大静止止转矩。(2)脱脱出转矩矩：又称称最大转转矩，为为电机于于运转时时所能带带动的最最大负荷荷。(3)最最大响应应频率：在无负负载、负负荷惯性性为0时，电电机所能能够响应应之最快快的速

7、度度。(4)最最大自起起动频率率：电机机在无载载的状态态下可以以做到瞬瞬时的起起动而不不失步的的速度谓谓之最大大自起动动频率。二相与五五相步进进电机的的差异步进电机机主要是是依相数数来做分分类，而而其中又又以二相相、五相相步进电电机为目目前市场场上所广广泛采用用。二相相步进电电机每转转最细可可分割为为4000等分，五相则则可分割割为 110000等分，所以表表现出来来的特性性以五相相步进电电机较佳佳、加减减速时间间较短、动态惯惯性较低低。二相相/五相步步进电机机差异比比较：二相步进进电机五相步进进电机电机构造造（请参参照图三三）8个主极极4相(2相)4极线线圈10个主主极5相2极线圈圈分解能1

8、.8/0.9（2000、4000分割/圈）0.722/0.36（5000、10000分割割/圈）较二相步步进电机机高出22.5倍倍分解能。振动性100-2000PPSS之间为为低速共共振领域域，振动较大大无显著共共振点低振动速度转转矩特性性于速度上上不及五五相步进进电机高速度、高转矩矩 （图三）二相/五五相步进进电机基基本性能能汇整比比较：优/良/稍差分解能振动速度角度精度度响应性转矩噪音二相步进进电机五相步进进电机步进电机机的驱动动系统步进电机机在单单单仅给予予电压时时，电机机是不会会动作的的，必须须透过脉脉波产生生器提供供位置（脉波数数）、速速度的脉脉波信号号指令，以及驱驱动器驱驱动电流流

9、流过电电机内部部线圈、依顺序序切换激激磁相序序的方式式才能够够让电机机运转。所以欲欲使步进进电机动动作的必必要系统统组成有有： 1.脉冲产产生器：给予角角度（位位置移动动量）、动作速速度及运运转方向向之脉冲冲信号的的电机驱驱动指令令。 2.步进驱驱动器：依控制制器所投投入的脉脉冲信号号指令，提供电电流来驱驱动步进进电机动动作。 33.步进进电机：提供转转矩动力力输出来来带动负负载。所所以步进进电机系系统构成成简单，不需要要速度感感应器（ENCCODEER、转转速发电电机）、位置传传感器（SENNSORR），即即能依照照脉冲产产生器所所输入的的脉冲来来做到速速度及位位置的控控制。步进电机机的速度

10、度、位置置控制速度控控制： 步步进电机机的运转转速度会会与输入入的脉冲冲速度成成等比例例的关系系，所以以在脉冲冲的速度度愈快时时，步进进电机的的转速也也会跟着着加快；脉波速速度愈慢慢时，电电机的转转速自然然也跟着着变慢。电机的的运转速速度（RRPM）与脉冲冲速度（PPSS，又称称Hz）间间的关系系式如下下：电机的的运转速速度（RRPM）脉冲冲速度（PPSS或 Hzz） 660 步进进电机分分割数/圈说明： 11.RPPM为一一般电机机的速度度单位，即 rrev / mmin，为每分分钟电机机所转的的圈数；PPSS为步进进、伺服服电机的的速 度单单位，即即pullse perr seeconnd

11、，为为每秒所所送出的的脉冲数。 22.由于于RPMM与PPSS的单位位不同，所以于于转换的的过程中中要先将将PPSS的秒钟钟乘以660变为为分钟。 33.步进进电机分分割数/圈，又又代表要要让电机机转一圈圈所必须须送出的的脉冲数。 44.上述述公式拆拆解后之之单位表表示为 reev/mmin = ppulsse/ssec 60 1/分割割数 实例：五五相半步步级角00.366时（即即10000分割割/圈） （1）电机机的运转转速度6600RRPM时时，即相相当于脉脉冲速度度10,0000PPSS。 （2）脉冲速度度3,0000PPPS，即相当当于电机机的运转转速度1180RRPM。位置控控制：

12、 步步进电机机不需要要位置传传感器（SENNSORR），就就可依照照输入的的脉冲数决决定移动动量，并并将负载载顺利、正确的的送达指指定位置置点上。而移动动量的大大小，是是依照电电机分辨辨率的大大小与输输入的脉脉冲数来来决定。脉冲数（PULLSE）与移动动量间的的关系式式如下： 位置移移动量（）步进进电机分分辨率（） 输入入脉冲数 实例：二相全全步级角角1.88时 当当输入110000个脉冲数（即10000PPULSSE），此时之之移动量量会是118000，刚好好为5圈。步进电机机疑难杂杂症处理理如何有效效改善步步进电机机的温升升问题？可依下列列步骤作作做检查查及确认认：1.是否否用于连连续运转

13、转的场合合？（步进电电机的特特性并不不适合于于连续运运转的场场合下使使用,在此场场合下使使用时一一定会有有较高的的温升 产生。请重新新确认机机构动作作需求条条件并重重新评估估使用的的电机。）2.请确确认机构构动作频频度、周周期？（走停的的动作频频度过高高将可能能因脉冲冲输入停停止的时时间过短短而导致致电流尚尚未下降降就又重重新激活活， 故此时时的温升升一定会会较高。建议您您可将动动作频度度降低以以改善温温升问题题。3.将RRUN电电流调小小情况可可否改善善？（在转矩矩足够的的情况下下将驱动动器的RRUN电电流调小小将可有有效的使使温升降降低。但但若因扭扭力的关关系 一定得得使用到到较大的的电流

14、时时,则建议议您可将将电机更更换为大大一等级级的电机机后再将将电流调调低以改改 善温升升问题。）4.将SSTOPP电流调调小情况况可否改改善？（在保持持力足够够的情况况下将驱驱动器的的STOOP电流流调小将将可于电电机停止止时有效效的使温温升降低低。但 若因停停止保持持力的关关系一定定得使用用到较大大的STTOP电电流时,则建议议您可将将电机更更换为大大一等级级 的电机机后再将将电流调调低以改改善温升升问题。）5.驱动动器上的的指拨开开关是否否打开电电流自动动降低档档？（若未打打开,电电机停止止时电流流将无法法自动下下降,温升会会因此而而较高。建议使使用此功功能， 将可避避免步进进电机及及驱动器器的温升升问题。）6.目前前使用的的速度是是否界于于温升较较高(即电流流较大)的范围围内？(由特性性曲线图图中的电电流曲线线得知) （请尽量量避开温温升较高高的速度度范围使使用,对于温温升的降降低将有有帮助。）7.周围围环境温温度如何何?是否过过高？（电机温温度环环境温度度电机机温升，故环境境温度较较高时，电机的的温度也也会因此此而较高高。建议议 以加装装安装