常见步进电机的特点及选型方法

  步进电机是将电脉冲信号，转变为角位移或线位移的开环控制电机，又称为脉冲电机。

  在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。

  当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”。

  步进电机的旋转是以固定的角度一步一步运行的，能够最终靠控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的，同时可以经过控制脉冲频率，来控制电机转动的速度和加速度，进而达到调速的目的。

  步进电机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装。自动化设备上也常用步进电机。

  步进电机工作时的位置和速度信号不反馈给控制系统，如果电机工作时的位置和速度信号反馈给控制系统，那么它就属于伺服电机。

  相对于伺服电机，步进电机的控制相对简单，但不适用于精度要求较高的场合。步进电机低速状态下具有良好的扭矩特性

  步进电机的优点和缺点都非常的突出，优点集中于控制简单、精度高，缺点是噪声、震动和效率，它没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低。

  步进电机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低、发热大，有时会“失步”。优缺点如下所示。

  针对步进电机的一些缺点，德国Trinamic电机驱动芯片专门对此作出优化，拥有StealthChop低速超静音、SpreadCycle高速抑制共振的专利技术。

  在选择步进电机时可以按以下步骤进行选择，这样可以避免选型不当带来的麻烦。具体如下，仅供参考。

  步进电机的保持转矩，近似于传统电机所称的“功率”。当然，有着本质的区别。

  步进电动机的物理结构，完全不同于交流、直流电机，电机的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大小(即所要带动物体的扭力大小)，来选择哪种型号的电机。

  大致说来，扭力在0.8N.m以下，选择20、28、35、39、42(电机的机身直径或方度，单位：mm);扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。

  扭力在几个N.m或更大的情况下，就要选择86、110、130等规格的步进电机。

  就是说，步进电机在低速(每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大)，在高速旋转状态的转矩(1000转/分--9000转)就很小了。

  当然，有些工况环境需要高速电机，就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标进行衡量。

  选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。

  步进电机空载起动频率，通常称为“空起频率”。这是选购电机比较重要的一项指标。

  如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000转/分钟左右(或更高)，通常需要“加速启动”。

  如果需要直接启动达到高速运转，最好选择反应式或永磁电机。这些电机的“空起频率”都比较高。

  步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。

  大多数场合，使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是比较实用的。

  特种步进电机能够防水、防油，用于某些特殊场合。例如水下机器人，就需要放水电机。对于特种用途的电机，就要针对性选择了。

  特殊规格的步进电机，在技术允许的范围内，加工订货。例如，出轴的直径、长短、伸出方向等。

  如有必要最好与技术工程师进一步沟通，以便于确认你要选择的步进机电能否满足你所要求各方面的指标。

  步进电机控制器是一种专门用于控制步进电机的设备，可以用来控制步进电机的转速和方向。步进电机控制器通常包括一个驱动电路板和一个控制板，驱动电路板用于提供电源和输出脉冲信号，控制板则用于控制步进电机的运行。 步进电机控制器的应用设置一般包括以下几个方面： 1. 步进电机驱动方式的选择：步进电机驱动方式一般包括全步进驱动和半步进驱动。全步进驱动会让电机进入到一个完整的步进状态，而半步进驱动则会让电机进入到一半的步进状态。 2. 步进电机转速的设置：步进电机控制器能够最终靠调节输出脉冲的频率来控制电机的转速。 3. 步进电机方向的设置：步进电机控制器可以经过控制输出脉冲信号的方向来改变电机的运行方向。 4. 步进电机运行模式的设置：步进电机

  步进电机广泛应用于对精度要求比较高的运动控制系统中，如机器人、打印机、软盘驱动器、绘图仪、机械阀门控制器等。 目前，对 步 进电机 的控制主要有由分散器件组成的环形脉冲分配器、软件环形脉冲分配器、专用集成芯片环形脉冲分配器等。分散器件组成的环形脉冲分配器体积比较大，同时由于$分散器件的延时，其可靠性大大降低;软件环形分配器要占用主机的运行时间，降低了速度;专用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、可靠性好，但其适应性受到限制，同时开发周期长、需求费用较高。 步进电机控制 步进电机是数字控制电机，它将脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲信号，步进电机就转动一个角度，因此非常适合于单片机控制。步进电机可分为反应式步进电机(VR)、永磁式

  引 言 步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移的执行机构。其主要优点是有较高的定位精度，无位置累积误差；特有的开环运行机制，与闭环控制系统相比降低了系统成本，提高了可靠性，在数控领域得到了广泛的应用。但是，步进电机在低速运行时的振动、噪声大，在步进电机的自然振荡频率附近运行时易产生共振，且输出转矩随着步进电机的转速升高而下降，这些缺点限制了步进电机的应用范围。步进电机的性能在很大程度上取决于所用的驱动器，改善驱动器的性能，可以显著地提高步进电机的性能，因此研制高性能的步进电机驱动器是一项普遍关注的课题。 1 步进电机驱动控制系统概述 通常情况下，步进电机驱动系统由3部分构成： ①控制电路。用于产生脉冲，控制电机的速

  驱动器的关键技术研究 /

  1.什么是步进电机? 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，进而达到准确定位的目的;同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 2.步进电机分哪几种? 步进电机分三种：永磁式(PM) ，反应式(VR)和混合式(HB) 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度; 反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰; 混合式步进是指混合了永磁

  步进电机区别于其他控制电机的最大特点是，它是通过输入脉冲信号来进行控制的，即电机的总转动角度由输入脉冲数决定，而电机的转速由脉冲信号频率决定。 步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下： （1）控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方式，其各相通电顺序为A-B-C－D，通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A，B，C，D相的通断。 （2）控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则电机就反转。 （3）控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转

  TMCM-3351是将已经成功上市十多年的TMCM351扩展到性能更加优越的步进伺服行列 TRINAMIC运动控制扩展了其TMCM嵌入式电机控制模块组合。继TMCM-351三轴电路板的成功之后，TMCM-3351的设计与TMCM-351一样易于使用，外形尺寸，接线方式完全不变，但具有附加的闭环步进电机伺服功能和先进的静音驱动功能。 新电路板驱动三个2相双极步进电机，最高可达2.8A RMS。 TMCM-3351利用Trinamic的最高性能步进电机驱动器集成电路（用于外部MOSFET TMC5160和专用闭环运动控制器TMC4361），是一款经济高效的步进电机伺服控制器，适用于具有A / B / N正交编码器的步进电机。

  为什么要PWM细分呢？因为这样可以是步进电机运行平稳、减小噪音、增大转速（MAX的）、增加力矩 为什么要强调是51单片机呢？因为51单片机没有硬件PWM模块，所以只能软件模拟了 研究这玩意儿，我走了许多弯路，看了许多文献，最后发现，尽信书不如无书 就用28系列4相5线电机来说吧。 整步驱动（四相四拍）时序为： A相 B相 C相 D相 1拍 1 0 0 0 2拍 0 1 0 0 3拍 0 0 1 0 4拍 0 0 0 1 我想没人用这样的方式来驱动吧，这震动也太大了。 2细分驱动（四相八拍）时序为： A相 B相 C相 D相

  的研究初稿 /

  步进电机是工业控制中应用十分广泛的一种电动机，它能将数字信号直接转换成角位移或线位移，驱动速度和指令脉冲能严格同步，具有较高的定位精度，控制管理系统成本低廉，在经济型数控机床等领域应用广泛。这里针对电磁干扰较强以及要求低成本应用的场合，采用超强抗干扰、小巧低功耗的工业级STC12C系列单片机，充分利用单片机内部的硬件资源，设计实用的步进电机控制和驱动系统。 1 控制管理系统总体方案设计 系统功能原理示意图如图1所示。 在该系统中由单片机直接输出电机的各相控制脉冲序列，光耦进行必要的光电隔离，采用分立元件构成功率．MOSFET管驱动电路，带动电机转动。键盘接口与 LED显示功能由具有SPI串行接口功能的ZLG7289实现。既可使用按键

  系统 /

  系统 (李国勇)

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