什么是步進電機? 

步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點

講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設

定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步矩角）。您可以通過控制脈

沖個數(shù)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(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)

速的目的。


2.步進電機分哪幾種?

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(zhuǎn)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(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5

度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰。

混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相、

三相和五相：兩相步矩角一般為1.8度、三相步矩角一般為1.2度

而五相步矩角一般為 0.72度。

3.什么是保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）?

保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，

定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步

進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進電機的輸出力矩

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電機最重要的參數(shù)之一。比如，當

人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩

為2N.m的步進電機。


4.什么是定位轉(zhuǎn)矩（DETENT TORQUE）?

定位轉(zhuǎn)矩（DETENT TORQUE）是指步進電機沒有通電的情況下，定

子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于反應式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，

所以它沒有DETENT TORQUE。


5.步進電機精度為多少？是否累積?

一般步進電機的精度為步進角的3-7%，且不累積。


6.步進電機的外表溫度允許達到多少?

步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩

下降乃至于失步，因此電機外表允許的****溫度應取決于不同電

機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130

度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在

攝氏80-90度完全正常。


7.為什么步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降?

當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動

勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率

（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。


8.為什么步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定

速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲?

步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，

即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻

率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負

載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈

沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升

到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。


9.如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn)時的振動

和噪聲?

步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用

以下方案來克服：

A.如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機械傳動

避開共振區(qū)；

B.采用帶有細分功能的驅(qū)動器，這是最常用的、最簡便的方法；

C.換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；

D.換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較

高；

E.在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這

種產(chǎn)品，但機械結(jié)構(gòu)改變較大。


10.細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度?

步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請參考有關(guān)文

獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機

的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角為

1.8°的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設置為

4，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45°，電機的精度能否達

到或接近0.45°，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其

它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大

精度越難控制。以百格拉的三相混合式步進電機來說明：百格拉

公司將交流伺服控制原理應用到三相混合式步進電機驅(qū)動系統(tǒng)

中，輸入的220VAC經(jīng)整流后變?yōu)?25VDC，再經(jīng)脈寬調(diào)制變?yōu)槿��?br/>
325V階梯式正弦波形電流，它們按固定時序分別流過三路繞組，

其每個階梯對應電機轉(zhuǎn)動一步。通過改變驅(qū)動器輸出正弦電流的

頻率來

改變電機轉(zhuǎn)速，而每轉(zhuǎn)輸出的階梯數(shù)確定了每步轉(zhuǎn)過的角度，它

是階梯式正弦電流（PWM）。


11.四相混合式步進電機與驅(qū)動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接

法有什么區(qū)別?

四相混合式步進電機一般由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，因此，連接時可

以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用。串聯(lián)接法

一般在電機轉(zhuǎn)速較低的場合使用，此時需要的驅(qū)動器輸出電流為

電機相電流的0.7倍，因而電機發(fā)熱小；并聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速

較高的場合使用（又稱高速接法），所需要的驅(qū)動器輸出電流為

電機相電流的1.4倍，因而電機發(fā)熱較大。


12.如何確定步進電機驅(qū)動器的直流供電電源?

A.電壓的確定

混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍

（比如IM483的供電電壓為12～48VDC），電源電壓通常根據(jù)電機

的工作轉(zhuǎn)速和響應要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)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(qū)

動器的****輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。

B.電流的確定

供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)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(guān)電源，

電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。


13.混合式步進電機驅(qū)動器的脫機信號FREE一般在什么

情況下使用?

當脫機信號FREE為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機的電流被切斷，

電機轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。在有些自動化設備中，如

果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動電機軸（手動方式），

就可以將FREE信號置低，使電機脫機，進行手動操作或調(diào)節(jié)。手

動完成后，再將FREE信號置高，以繼續(xù)自動控制。


14.如果用簡單的方法調(diào)整兩相步進

電機通電后的轉(zhuǎn)動方向?

只需將電機與驅(qū)動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調(diào)即可。

步進電機原理

一、前言

 
  步進電機是將電脈沖信號轉(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，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖

信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個

脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上

步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、

位置等控制領域用步進電機來控制變得非常的簡單。

  
雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能象普通的直流

電機、交流電機在常規(guī)下使用。步進電機必須由脈沖信號、功率

驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此

用好步進電機并非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等

許多專業(yè)知識。

  
目前,生產(chǎn)步進電機的廠家的確不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，能夠

自行開發(fā)，研制的廠家卻非常少，大部分的廠家處于一種盲目的

仿制階段，這就給用戶在產(chǎn)品選型、使用中造成許多麻煩。鑒于

上述情況，我們在此敘述步進電機的基本工作原理，望能對廣大

用戶在選型、使用、及整機改進時有所幫助。

步進電機選型方法

 
一、步進電機選型方法

   
步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、保持轉(zhuǎn)矩、電流三大要素組

成。確定這三大要素，便能確定步進電機的型號。      

1、步距角的選擇

電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當

量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減

速），電機的步距角應等于或小于此角度。永磁式步進電機一般

為兩相（雙極性）和四相（單極性），步距角一般為3.6度、7.5

度、15度、18度，其中7.5度最常見；混合式步進電機分為兩相、

三相和五相：兩相步矩角一般為1.8度和0.9度、三相步距角一般

為1.2度而五相步矩角一般為 0.72度。反應式步進電機一般為三

相，步距角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國

家80年代已被淘汰。

2、保持轉(zhuǎn)矩的選擇

    
步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的保

持轉(zhuǎn)矩。保持轉(zhuǎn)矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為

慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是

不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加

速起動時主要考慮慣性負載，恒速運

行時只要考慮摩擦負載。一般情況下，保持轉(zhuǎn)矩應為摩擦負載的

2-3倍為好，保持轉(zhuǎn)矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來

（幾何尺寸）。

3、電流的選擇

   
保持轉(zhuǎn)矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很

大，一般電流0.5A以內(nèi)的適用于300RPM以內(nèi)，電流1A以上的適用

于300RPM以上。

4、力矩與功率換算

   
步進電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只

用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：

     P= Ω·M
     Ω=2π·n/60
     P=2πnM/60
    
其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘

轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米
    
P=2πfM/400(1.8度電機半步工作）

 
其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS)

 

二、步進電機應用中的注意點
   
 1、步進電機應用于低速場合—每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，****

在150-450RPM間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電

機工作效率高，噪音低。

   
 2、步進電機****不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。

   
3、由于歷史原因，只有標稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電

機的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（建

議： 42電機采用直流12V-24V，57電機采用直流24-36V），當然

12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源，不過要考

慮溫升。
   
4、轉(zhuǎn)動慣量大的負載應選擇大機座號電機。

   
 5、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而

采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提

高停止的定位精度。

 
6、高精度時，應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數(shù)

的驅(qū)動器來解決，也可以采用5相電機。

   
7、電機不應在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或

加一些阻尼的解決。
   
8、電機在90RPM以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)

動。

   
 9、應遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。

聯(lián)系人：沙勇   電話：13716815968