1、步進電機原理及使用說明一、前言步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的 轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一 個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，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的非常的簡單。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，交流電機在常規下使用。它必須由雙環形脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易 事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。步進電機是將電脈沖信

2、號轉變為角位移或線位移的一種開環線性執行元件，具有無累積誤差、成本低、控制簡單特點。產品從相數上分有二、三、四、五相，從步距角上分有0.9 71.8 °0.36 70.72 ；從規格上分有口 42$ 130從靜力矩上分有 0.1N?M40N?M。簽于上述情況，我們決定以廣泛的感應子式步進電機為例。敘述其基本工作原理。望能對廣大 用戶在選型、使用、及整機改進時有所幫助。二、感應子式步進電機工作原理（一）反應式步進電機原理由于反應式步進電機工作原理比較簡單。下面先敘述三相反應式步進電機原理。1、結構：電機轉子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯 開。

3、0、1/3疋、2/3T ,（相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以疋表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3疋，C與齒3向右錯開2/3T, A,與齒5相對齊，（A,就是A，齒5就是齒1）下面是定轉子 的展開圖：2、旋轉：如A相通電，B, C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉子不受任何力以下均同）。如B相通電，A , C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉子向右移過 1/3T,此時齒3與C偏移為 1/3T,齒 4與A偏移（T -1/3T） =2/3T。如C相通電，A , B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3T,此時齒4與A偏移為1/3 T對齊。如A相通電，B, C相不通

4、電，齒4與A對齊，轉子又向右移過 1/3 T這樣經過A、B、C、A分別通電狀態，齒4 （即齒1前一齒）移到A相，電機轉子向右轉過一個齒 距，如果不斷地按 A, B, C, A通電，電機就每步（每脈沖）1/3 T，向右旋轉。如按A , C,B, A通電，電機就反轉。由此可見：電機的位置和速度由導電次數（脈沖數）和頻率成對應關系。而方向由導電順序決定。不過，出于對力矩、平穩、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC C-CA-A這種導電狀態，這樣將原來每步 1/3T改變為1/6 T。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3T變為1/12 T, 1/24 T,這就是電機細分驅動的基本理論

5、依據。不難推出：電機定子上有 m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/m,2/m （m-1）/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉被控制一一這是步進電機旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。3、力矩：電機一旦通電，在定轉子間將產生磁場（磁通量）當轉子與定子錯開一定角度產生力F與（d/d ）成正比S其磁通量=Br*SBr為磁密，S為導磁面積F與L*D*Br成正比L為鐵芯有效長度，D為轉子直徑Br=N?l/RN?l為勵磁繞阻安匝數（電流乘匝數）R為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數*磁密 成

6、正比（只考慮線性狀態）因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。（二）感應子式步進電機1、特點：感應子式步進電機與傳統的反應式步進電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的 工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其 在運轉過程中比較平穩、噪音低、低頻振動小。感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四相運行，也可 以作二相運行。（必須采用雙極電壓驅動），而反應式電機則不能如此。例如：四相，八相運行（

7、A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A ）完全可以采用二相八拍運行方式不難發現其條件為 C= ,D=.一個二相電機的內部繞組與四相電機完全一致，小功率電機一般直接接為二相，而功率大一點 的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動態特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯或并聯使用。2、分類感應子式步進電機以相數可分為： 二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電 機外徑）可分為：42BYG（BYG為感應子式步進電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際 標準），而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國內

8、標準。3、步進電機的靜態指標術語相數：產生不同對極 N、S磁場的激磁線圈對數。常用 m表示。拍數：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數或導電狀態用n表示，或指電機轉過一個齒距角所需脈沖數，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB ，四相八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對應一個脈沖信號，電機轉子轉過的角位移用 9表示。0 =36（度 （轉子齒數J*運行拍數）， 以常規二、四相，轉子齒為 50齒電機為例。四拍運行時步距角為 9 =36度/ （50*4 ） =1.8度（俗稱 整步），八拍運行時步距角為 9 =36度/ （50*8 ） =0.9度（

9、俗稱半步）。定位轉矩：電機在不通電狀態下，電機轉子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）靜轉矩：電機在額定靜態電作用下，電機不作旋轉運動時，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡 量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動電壓及驅動電源等無關。雖然靜轉矩與電磁激磁安匝數成正比，與定齒轉子間的氣隙有關，但過份采用減小氣隙，增加 激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發熱及機械噪音。4、步進電機動態指標及術語：1、步距角精度：步進電機每轉過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數其值不同，四拍運行時應在5%之內，八拍運行時應在 15%以內。2、

10、失步：電機運轉時運轉的步數，不等于理論上的步數。稱之為失步。3、失調角：轉子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產生的誤差，采用細分 驅動是不能解決的。4、最大空載起動頻率：電機在某種驅動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。5、最大空載的運行頻率：電機在某種驅動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。6、運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸 多動態曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據。如下圖所示：其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而

11、動態力矩卻不然，電機的動態力矩取決于電機運行時的 平均電流（而非靜態電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。如下圖所示：其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的 最大速度點。要使平均電流大，盡可能提高驅動電壓，使采用小電感大電流的電機。7、電機的共振點：步進電機均有固定的共振區域，二、四相感應子式步進電機的共振區一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機驅動電壓越高，電機電流越大，負載越輕， 電機體積越小，則共振區向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統的噪

12、音降低，一般工作點均應偏移共振區較多。&電機正反轉控制：當電機繞組通電時序為 AB-BC-CD-DA或（）時為正轉，通電時序為DA-CA-BC-AB或（）時為反轉。三、驅動控制系統組成使用、控制步進電機必須由環形脈沖，功率放大等組成的控制系統，其方框圖如下：1、脈沖信號的產生。脈沖信號一般由單片機或 CPU產生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉速越高，占空比則越大。2、信號分配我廠生產的感應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為，步距角為1.8度；二相八拍為，步距角為0.9度。四相電機工作方式也有二種，四相四拍

13、為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度；四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,（步距角為 0.9度）。3、功率放大功率放大是驅動系統最為重要的部分。步進電機在一定轉速下的轉矩取決于它的動態平均電流而非靜態電流（而樣本上的電流均為靜態電流）。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅動系統盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅動方式，到目前 為止，驅動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流、細分數等。為盡量提高電機的動態性能，將信號分配、功率放大組成步進電機的驅動電源。我廠生產的SH系列二相恒流斬波驅動電源與單片機及電機接線圖如下：說明：C

14、P接CPU脈沖信號（負信號，低電平有效）OPTO 接 CPU+5VFREE脫機，與CPU地線相接，驅動電源不工作DIR方向控制，與CPU地線相接，電機反轉VCC直流電源正端GND直流電源負端A接電機引出線紅線接電機引出線綠線B接電機引出線黃線接電機引出線藍線步進電機一經定型，其性能取決于電機的驅動電源。步進電機轉速越高，力距越大則要求電機的電流越大，驅動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下：4、細分驅動器在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅動器來驅動步進電機，細分驅動器的原理是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進電機運轉的。四、步進電機的應用（一）步進電

15、機的選擇步進電機有步距角（涉及到相數）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。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。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）2、靜力矩的選擇步進電機的動態力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電 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。

16、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， 恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）3、電流的選擇靜力矩一樣的電機，由于電流參數不同，其運行特性差別很大，可依據矩頻特性曲線圖，判斷 電機的電流（參考驅動電源、及驅動電壓） 綜上所述選擇電機一般應遵循以下步驟：4、力矩與功率換算步進電機一般在較大范圍內調速使用、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= Q ?MQ =2 n ?n/60P=2 n nM/60其P為功率單位為瓦，Q為每秒角速度，單位為弧度，n為

17、每分鐘轉速，M為力矩單位為牛頓?米P=2 n fM/400半步工作）其中f為每秒脈沖數（簡稱 PPS）（二）、應用中的注意點1、 步進電機應用于低速場合-每分鐘轉速不超過 1000轉，（0.9度時6666PPS），最好在 1000-3000PPS（0.9度）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、步進電機最好不使用整步狀態，整步狀態時振動大。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動電壓伏值，可根據驅動器選擇驅動電壓 （建議：57BYG采用直流24V-36V , 86BYG采用直流50V,110BYG 采用高于直流80

18、V）,當然12伏的電壓除12V恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源，不過要考慮溫升。4、轉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，或采用高細分數的驅動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統的價格較貴，生產廠家少，其被淘汰的說法是外行話。7、電機不應在振動區內工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。&電機在600PPS （0.9度）以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅動。9、應遵循先選電機后選驅動

19、的原則。五、其他說明有關低頻振動、升降速、機械共振、工作往復運動的誤差、平面圓弧X、Y插補誤差以及其他問題。具體解決辦法恕不便在此敘述，我廠用戶可來電咨詢，可根據具體情況解決。不同廠家的電機在設計、使用材料及加工工藝方面差別很大，選用步進電機應注重可靠性而輕性能、重品質而輕價格。最好采用同一生產廠家的控制器、驅動器和電機。這樣便于最終客戶的維護。步進電機的基本原理步進電機的基本原理：步進電機作為執行元件，是機電一體化的關鍵產品之一，廣泛應用在各種自動化控制系統中。隨著微電子和計算機技術的發展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國 民經濟領域都有應用。步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。

20、當步進驅動器接收 到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（稱為 步距角”）它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定 位的目的；同時可以通過控制脈沖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。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差（精度為100%）的特點，廣泛應用于各種開環控制。現在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM ）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體 積較小，步進角一般為 7.5度 或15度；反應式步進電機一般為三相，

21、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。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有 多相勵磁繞組，利用磁導的變化產生轉矩。混合式步進電機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，也是本次細分驅動方案所選用的步進電機。步進電機的一些基本參數：步進電機固有步距角：它表示控制系統每發一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機給出的值為0.9 71.8（表示半步工作時為0.9 7整步工作時為1.步進電機°,這個步距角可

22、以稱之為，步進電機固有步 距角？，它不一定是步進電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。步進電機的相數：是指電機內部的線圈組數，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9 71.8 7三相的為0.75 71.5 7五相的為0.36 °/0.72 °。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步 距角的要求。如果使用細分驅動器，則，步進電機？將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數，就可以改變步距角。保持轉矩（HOLDING TORQUE ）：是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖

23、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。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；由于 反應式 步進電 機的轉 子不 是永磁 材料，所以它 沒有DETENT TORQUE。步進電機的一些特點：1.一般步進電機的精度為步

24、進角的3-5%，且不累積。2.步進電機外表允許的最高溫度。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最高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。3.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。4 步進電機低速時可以正常運轉，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步進電

25、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沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，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（電機轉速從低速 升到高速）。步進電動機以其顯著的特點，在數字化制造時代發揮著重大的用途。伴隨著不同的數字化技術的發展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。步進電機14問1什么是步進電機？步進電機是一種將電脈沖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 沖信號，它就驅動步進電機按設

26、定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖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沖頻率來控制電機 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.

27、 什么是保持轉矩（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. 什么是 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

28、譯方式，容易使大家產生誤解；由于反應式步進電機的 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于失步，因此電機外 表允許的最高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

29、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，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沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，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

30、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，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區；B. 采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。比如對于步進角為1.8 °的兩相混合式步進電機，如果細

31、分驅動器的細分數設置為4,那么電機的運轉分辨率為每個脈沖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并聯接法有什么區別？四相混合式步進電機一般由兩相驅動器來驅動，因此，連接時可以采用串聯接法或并聯接法將 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；并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

32、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范圍（比如IM483的供電電壓為1248VDC ）,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，那么電壓取值也高，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。如果采用線性電源，電源電流一般可取I的1.11.3倍；如果采用開關電源，電源電流一般可取I的1.52.0倍。13. 混合式步進電機驅動器的脫機信號FREE 般在

33、什么情況下使用？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，電機轉子處于自由狀態（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。手動完成后，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后的轉動方向？只需將電機與驅動器接線的 A+和A-（或者B+和B-）對調即可。 關于驅動器的細分原理及一些相關說明（轉載）在國外，對于步進系統，主要采用二相混合式步進電機及相應的細分驅動器。 但在國內，廣大用戶對 細分”還不是特別了解，有的只是認為，細分是

34、為了提高精 度，其實不然，細分主要是改善電機的運行性能，現說明如下：步進電機的細分控制是由驅動 器精確控制步進電機的相電流來實現的，以二相電機為例，假如電機的額定相電流為3A，如果使用常規驅動器（如常用的恒流斬波方式）驅動該電機，電機每運行一步，其繞組內的電流將 從0突變為3A或從3A突變到0，相電流的巨大變化，必然會引起電機運行的振動和噪音。如果使 用細分驅動器，在10細分的狀態下驅動該電機，電機每運行一微步，其繞組內的電流變化只有 0.3A而不是3A，且電流是以正弦曲線規律變化，這樣就大大的改善了電機的振動和噪音，因此，在性能上的優點才是細分的真正優點。由于細分驅動器要精確控制電機的相電流

35、，所以對驅動 器要有相當高的技術要求和工藝要求，成本亦會較高。注意，國內有一些驅動器采用平滑”來取代細分，有的亦稱為細分，但這不是真正的細分，望廣大用戶一定要分清兩者的本質不同： 1 .平滑”并不精確控制電機的相電流，只是把電流的變化率變緩一些，所以平滑”并不產生微步，而細分的微步是可以用來精確定位的。2.電機的相電流被平滑后， 會引起電機力矩的下降，而細分控制不但不會引起電機力矩的下降，相反，力矩會有所增加。步進電機多級細分驅動方法研究步進電機作為電磁機械裝置，其進給的分辨率取決于細分驅動技術。采用軟件細分驅動方式， 由于編程的靈活性、通用性，使得步進細分驅動的成本低、效率高，要修改方案也易

36、辦到。同 時，還可解決步進電機在低速時易出現的低頻振動和運行中的噪聲等。但單一的軟件細分驅動 在精度與速度兼顧上會有矛盾，細分的步數越多，精度越高，但步進電機的轉動速度卻降低； 要提高轉動速度，細分的步數就得減少。為此，設計了多級細分驅動系統，通過不同的細分檔 位設定，實現不同步數的細分，同時保證了不同的轉動速度。1細分驅動原理步進電機控制中已蘊含了細分的機理。如三相步進電機按At C 的順序輪流通電，步進電機為整步工作。 而按At ACT Ct CM Bt BAt A的順序通電，則步進電機為半步工作。以AtB為例，若將各相電流看作是向量，則從整步到半步的變換，就是在IA與IB之間插入過渡向量

37、IAB，因為電流向量的合成方向決定了步進電機合成磁勢的方向，而合成磁勢的轉動角度 本身就是步進電機的步進角度。顯然，I AB的插入改變了合成磁勢的轉動大小，使得步進電機的步進角度由B變為0.5 0 b從而也就實現了 2步細分。由此可見，步進電機的細分原理就是通 過等角度有規律的插入電流合成向量，從而減小合成磁勢轉動角度，達到步進電機細分控制的 目的。如圖1所示，在三相步進電機的 A相與B相之間插入合成向量 AB，則實現了 2步細分。要再實現4 步細分，只需在A與AB之間插入3個向量11、I2、13，使得合成磁勢的轉動角度0仁0 2=0 3=0 4就實現了 4步細分。但4步細分與2步細分是不同的

38、，由于11、12、13 3個向量的插入是對電流向 量IB的分解，故控制脈沖已變成了階梯波。細分程度越高，階梯波越復雜。圖1步進細分原理在三相步進電機整步工作時，實現 2步細分合成磁勢轉動過程為 IAtIABtIB ；實現4步細分轉 動過程為IAtI2 tiab；而實現8步細分則轉動過程為 IAtI1 tI2 tI3 tIAB。可見，選 擇不同的細分步數，就要插入不同的電流合成向量。2多級細分驅動系統的實現2.1系統組成如圖2所示，系統由主機、鍵盤輸入系統、步進顯示系統、步進控制系統組成。 主機采用AT89C51 單片機，其為低功耗的8位單片機，片內有一個 4K字節的Flash可編程、可擦除、只

39、讀存儲器， 故可簡化系統構成，且可滿足本系統數據存儲空間的要求。主機接收串行口送來的步進控制數 據，并對其進行處理，以實施步進控制。鍵盤輸入系統是用來輸入控制所需的細分檔位。系統設計時，考慮到隨著細分的精確化，如128步細分時，步距角達到足夠小，能滿足各種步進要求，故以2的整數次幕作為細分基準。步進顯示系統由液晶顯示器顯示當前細分檔位和細分后的步進 角等參數。為了減少電路的復雜性，該顯示器顯示的最小單位規定為0.01 °步進控制系統由D/A轉換部分和驅動系統組成。 D/A轉換部分包括3片DAC0830集成芯片和數據鎖存系統。DAC0830轉換分辨率是8位，該芯片具有與微處理器兼容、價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優點。D/A轉換部分的功能是將二進制代碼表示的階梯波數值轉換為相應的電流值輸出，經驅動系統 放大，控制步進電機轉動。驅動系統采用三級管實現電流放大。圖2多級細分驅動系統組成2.2細分階梯波的產生細分的實現過程，就是插入電流合成向量和轉換電流合成向量的過程。電流合成向量轉化的前 提是合成向量的插入。在系統中，由主機根據設定的細分檔位，計算出相關參數，經查表生成 相對應的階梯波，即插入了電流合成向量。在正轉或反轉的控制信號下，階梯波脈沖由輸出端 口經鎖存系統送入 D/A轉換器件DAC0830進行電流合成向量的轉化，輸出對應的電流值，經驅 動放大控制步進電機，從