08.20 步進電機小知識-純乾貨-提高篇

步進電機小知識

1.什麼是步進電機?

步進電機是一種將電脈衝轉化為角位移的執行機構。通俗一點講：當步進驅動器

接收到一個脈衝信號,它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及

步進角）。您可以通過控制脈衝個數來控制角位移量,從而達到準確定位的目的;

同時您可以通過控制脈衝頻率來控制電機轉動的速度和加速度,從而達到調速的

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,可實現大轉矩輸出,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點。它又分為兩相和五相：兩相步進

角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。

3.什麼是保持轉矩（HOLDING TORQUE）?

保持轉矩（HOLDING TORQUE）是指步進電機通電但沒有轉動時,定子鎖住轉

子的力矩。它是步進電機最重要的參數之一,通常步進電機在低速時的力矩接近

保持轉矩。由於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,所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。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矩為2N.m的步

進電機。

4.什麼是DETENT TORQUE?

DETENT TORQUE 是指步進電機沒有通電的情況下,定子鎖住轉子的力矩。

DETENT TORQUE 在國內沒有統一的翻譯方式,容易使大家產生誤解;由於

反應式步進電機的轉子不是永磁材料,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3-5%,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於失步,

因此電機外表允許的最高溫度應取決於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.為什麼步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降?

當步進電機轉動時,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.為什麼步進電機低速時可以正常運轉,但若高於一定速度就無法啟動,並伴有嘯叫聲?

步進電機有一個技術參數：空載啟動頻率,即步進電機在空載情況下能夠正常啟

動的脈衝頻率,如果脈衝頻率高於該值,電機不能正常啟動,可能發生丟步或堵

轉。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動,脈衝頻

率應該有加速過程,即啟動頻率較低,然後按一定加速度升到所希望的高頻（電

機轉速從低速升到高速）。

9.如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉時的振動和噪聲?

步進電機低速轉動時振動和噪聲大是其固有的缺點,一般可採用以下方案來克服：

A.如步進電機正好工作在共振區,可通過改變減速比等機械傳動避開共振區;

B.採用帶有細分功能的驅動器,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,市場上已有這種產品,但機械結構改變較大。

10.細分驅動器的細分數是否能代表精度?

步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術（請參考有關文獻）,其主要目

的是減弱或消除步進電機的低頻振動,提高電機的運轉精度只是細分技術的一個

附帶功能。比如對於步進角為1.8°的兩相混合式步進電機,如果細分驅動器的

細分數設置為4,那麼電機的運轉分辨率為每個脈衝0.45°,電機的精度能否達

到或接近0.45°,還取決於細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠

家的細分驅動器精度可能差別很大;細分數越大精度越難控制。

11.四相混合式步進電機與驅動器的串聯接法和並聯接法有什麼區別?

四相混合式步進電機一般由兩相驅動器來驅動,因此,連接時可以採用串聯接法

或並聯接法將四相電機接成兩相使用。串聯接法一般在電機轉速較的場合使用,

此時需要的驅動器輸出電流為電機相電流的0.7倍,因而電機發熱小;並聯接法

一般在電機轉速較高的場合使用（又稱高速接法）,所需要的驅動器輸出電流為

電機相電流的1.4倍,因而電機發熱較大。

12.如何確定步進電機驅動器的直流供電電源?

A.電壓的確定

混合式步進電機驅動器的供電電源電壓一般是一個較寬的範圍（比如IM483

的供電電壓為12～48VDC）,電源電壓通常根據電機的工作轉速和響應要

求來選擇。如果電機工作轉速較高或響應要求較快,那麼電壓取值也高,但

注意電源電壓的紋波不能超過驅動器的最大輸入電壓,否則可能損壞驅動器。

B.電流的確定

供電電源電流一般根據驅動器的輸出相電流I來確定。如果採用線性電源,

電源電流一般可取I的1.1～1.3倍;如果採用開關電源,電源電流一般可

取I 的1.5～2.0倍。

13.混合式步進電機驅動器的脫機信號FREE一般在什麼情況下使用?

當脫機信號FREE為低電平時,驅動器輸出到電機的電流被切斷,電機轉子處於自

由狀態（脫機狀態）。在有些自動化設備中,如果在驅動器不斷電的情況下要求

直接轉動電機軸（手動方式）,就可以將FREE信號置低,使電機脫機,進行手動

操作或調節。手動完成後,再將FREE信號置高,以繼續自動控制。

14.如果用簡單的方法調整兩相步進電機通電後的轉動方向?

只需將電機與驅動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調即可。