步進(jìn)電機(jī)及驅(qū)動器工作原理

1、步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度（稱為”步距角”）一步一步運行的，其特點是沒有積累誤差（精度為100%）,所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動，這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說：控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號，通過驅(qū)動器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。所以，控制步進(jìn)脈沖信號的頻率，可以對電機(jī)精確調(diào)速；控制步進(jìn)脈沖的個數(shù)，可以對電機(jī)精確定位目的；2、步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分驅(qū)動器的驅(qū)動，其步距角變小了，如驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，其步距角只為‘電機(jī)固有步距角‘的十分之一，也就是說：‘當(dāng)驅(qū)動器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動1.8°；而用細(xì)分驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，電機(jī)只轉(zhuǎn)動了0.18°‘，這就是細(xì)分的基本概念。細(xì)分功能完全是由驅(qū)動器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生，與電機(jī)無關(guān)。3、驅(qū)動器細(xì)分有什么優(yōu)點，為什么一定建議使用細(xì)分功能？驅(qū)動器細(xì)分后的主要優(yōu)點為：完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑，如果您的步進(jìn)電機(jī)有時要在共振區(qū)工作（如走圓?。x擇細(xì)分驅(qū)動器是唯一的選擇。提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對三相反應(yīng)式電機(jī)，其力矩比不細(xì)分時提高約30-40%。提高了電機(jī)的分辨率。由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，‘提高電機(jī)的分辨率‘是不言而喻的。細(xì)分的基木概念為:步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分驅(qū)動器的驅(qū)動，其步距角變小了。如驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，其步距角只為'電機(jī)固有步距角’的十分之一，也就是:當(dāng)驅(qū)動器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動1.80；而用細(xì)分驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，電機(jī)只轉(zhuǎn)動了0.180。細(xì)分功能完全是山驅(qū)動器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無關(guān)。驅(qū)動器細(xì)分后的平要優(yōu)點為:完全消除了電機(jī)的低頻振蕩;提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，尤其是對三相反應(yīng)式電機(jī)，其力矩比不細(xì)分時提高約30-40%;提高了電機(jī)的分辨率，山于減小了步距角、提高了步距的均勻度，'提高電機(jī)的分辨率’是不言而喻的。以上這些優(yōu)點，尤其是在性能卜的優(yōu)點，并不是一個量的變化，而是質(zhì)的匕躍。因此，在性能上的優(yōu)點是細(xì)分的真正優(yōu)點。細(xì)分原理當(dāng)要求步進(jìn)電動機(jī)有更小的步距角，更高的分辨率（即脈沖當(dāng)影，或者為減小電動機(jī)振動、噪聲等原因，可以在每次輸入脈沖切換時，不是將繞組電流個部通入或切除，而是只改變相應(yīng)繞組中額定的一部分，則電動機(jī)的合成磁勢也只旋轉(zhuǎn)步距角的一部分，轉(zhuǎn)子的每步運行也只有步距角的一部分。這里，繞組電流不是一個方被，而是階梯波，額定電流是臺階式的投入或切除，電流分成步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動控制器的研究踢2.10 纜如階梯電流.波形圖FigiTOWaveformofWindingCurrent多少個臺階，則轉(zhuǎn)子就以同樣的步數(shù)轉(zhuǎn)過一個步距角。這種將一個步跟角細(xì)分成若干步的驅(qū)動方法，稱為細(xì)分驅(qū)動。細(xì)分驅(qū)動時繞組階梯電流波形示意圖如圖2-10所示。細(xì)分技術(shù)又稱為微步距控制技術(shù)，是步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)控制最新技術(shù)之一，利用計算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)和D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)，將圖2Fig2-10to繞組階梯電流彼推圖.WaveformofWindingCurrent各相繞組電流通過PWM控制，獲得按規(guī)律改變其幅值的大小和方向，實現(xiàn)將步進(jìn)電動機(jī)一個整步均分為若十個更細(xì)的微步。每個微步距可能是原來基本步距的數(shù)卜分之一，甚至是數(shù)百分之一。步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)，其主要目的是提高電機(jī)的運轉(zhuǎn)精度，實現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的高精度細(xì)分;其次，細(xì)分技術(shù)的附帶功能是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑。如果步進(jìn)電機(jī)有時要在共振區(qū)工作（如走圓弧），選擇細(xì)分驅(qū)動器是唯一的選擇。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動的本質(zhì)是把對繞組的矩形電流波供電改為階梯形電流波供電。要求繞組中的電流以若十個等幅等寬的階梯上升到額定值，或以同樣的階梯從額定值下降到零。雖然這種馭動電源的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但有如卜優(yōu)點:在不改變電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下，使步進(jìn)電機(jī)具有更小的步距角、更高的分辨率；使電機(jī)運行平穩(wěn)，減小或消除電機(jī)振蕩、減小噪聲。以二相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例，采用磁勢轉(zhuǎn)換圖直觀分析細(xì)分驅(qū)動的原理。對應(yīng)于半步工作方一式，狀態(tài)轉(zhuǎn)換(a)A--*AB圖AH合成磁勢矢銀圖圖2-11合成磁勢矢量圖表為A-AB--B-BC-C-CA----。如果將每相繞組電流分為四個等幅等寬的階梯土升或下降，則將步進(jìn)電機(jī)的每一步分為四步完成，即對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行四細(xì)分驅(qū)動初始狀態(tài)時A相通額定電流，即iA-i,;當(dāng)?shù)谝粋€CP脈沖到來時，B相不是馬土通額定電流，而只是通額定電流的四分之一，即ix1/4i,，此時電機(jī)的磁勢山A相的i、和B相的1/4i、合成，合成磁勢情況如圖2-11(b)所示。當(dāng)?shù)诙€CP脈沖到來時，A相電流不變，B相電流增大到1/2i,，以此類推。可見，上述細(xì)分使原來從A狀態(tài)只需一步變?yōu)樾杷牟竭\行到AB，如圖2-11所示。斬波恒流驅(qū)動以上驅(qū)動線路所采取的多種措施，大多只有一個目的，這就是要使導(dǎo)通相不論在鎖定、低頻或高頻工作時都保持額定值。斬波恒流馭動方式可較好地解決這個問題并提高步進(jìn)電機(jī)的效率和力矩。斬波型驅(qū)動大體上可分為兩種:一種是斬波恒流驅(qū)動，另一種是斬波平滑驅(qū)動。較］’一泛應(yīng)用的是斬波恒流驅(qū)動，J陌流斬波功放的優(yōu)點為：(I)各相斬波頻率相同，有效地抑制了因各相斬波頻率不同而產(chǎn)生的噪聲；(2)斬波頻率高，消除了H頻噪聲，電機(jī)運行時安靜無污染；(3)高頻運行時電流平滑，高頻性能好；步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動控制器的研究(4)斬波頻率和脈寬可調(diào)，容易調(diào)整最佳運行狀態(tài)：斬波恒流3a動電路的主回路由高壓品體管、電動機(jī)繞組、品體管串聯(lián)而成。與高低壓驅(qū)動器不同的是，低壓管發(fā)射極串聯(lián)一個小的電阻接地，電動機(jī)繞組的電流經(jīng)這個小電陰通地，小電阻的壓降與電動機(jī)繞組電流成正比，所以這個電阻稱為取樣電阻。斬波恒流驅(qū)動原理圖如圖2-8所示。Ic,和IC2分別是兩個控制門，控制T和T,兩個晶體管的導(dǎo)通和截止。由環(huán)形分配器來的相繞組導(dǎo)通脈沖，送到門IC2與Ic,中，通過Ic,直接開通品體管TL，而門IC，除環(huán)形分配器來的信號之外，還有一路信號來自比較器。比較器的兩個輸入端，其中之一接給定電平，另一個接來自取樣電阻的電壓信號。在環(huán)形分配器導(dǎo)通脈沖到來之前，IC，和IC2都處于關(guān)門狀態(tài)，輸出低電平，TH和TL都截it，取樣電阻中無電流流過，反饋到比較器的輸入信號為零，比較器輸出高電平。當(dāng)環(huán)形分配器輸出導(dǎo)通信號時，高電平使Ic，和IC:門打開，輸出高電平使TH和TL兩管導(dǎo)通，高電壓經(jīng)TH向電動機(jī)繞組供電。由于電動機(jī)繞組有較大電感，所以電流成指數(shù)上升，但所加電壓較高，所以電流上升較快。取樣電阻上的電壓代表了電流的大小。當(dāng)電流超過所設(shè)定值時，比較器輸入的取樣電壓超過給定電壓，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出變低電平，從而IC,也輸出低電平，關(guān)斷高壓管TH。此時磁場能量將使繞組電流按原方向繼續(xù)流動，經(jīng)由低壓管TL,取樣電阻、地線、二極管D。構(gòu)成的續(xù)流回路消耗磁場的能量。此時電流將按指數(shù)曲線衰減，逐漸下降。當(dāng)取樣電阻上得到的電壓小于給定電壓時，比較器又翻轉(zhuǎn)回去，輸出高電平，打開高壓管，電源又開始向繞組供電，電流又會上升。如此反復(fù)，電動機(jī)繞組的電流就穩(wěn)定在由給定電平所決定的數(shù)值上，形成小小的鋸齒波。當(dāng)環(huán)形分配器輸出低電平時，高低壓管都截III，此時繞組的續(xù)流與高低壓時相同，經(jīng)D1,D2向電源泄放。泄放回路的特點與高低壓馬議動時基本相同。圖2-8斬波疸流驅(qū)動原理國圖2一8斬波恒流驅(qū)動原理圖斬波恒流驅(qū)動中，由于馭動電壓較高，電動機(jī)繞組回路又不串電阻，所以電流上升很決。當(dāng)?shù)竭_(dá)所需要的數(shù)值時，由于取樣電阻反饋控制作用，繞組電流可以恒定在確定的數(shù)值卜，而且不隨電動機(jī)的轉(zhuǎn)速而變化，從而保證在很大的頻率范圍內(nèi)電動機(jī)都能輸出｝陌定的轉(zhuǎn)矩。在環(huán)形分配器所給出的相繞組導(dǎo)通時間內(nèi)，電源電壓并不是直向繞組供電，而只是一個個的窄脈沖，總的輸入能量是各脈沖時間的電壓與電流乘積積分的總和，與其它幾種馳動力一式比較，取自電源的能量大幅度下降。因此，這種馭動器有很高的效率。這種驅(qū)動器的另一優(yōu)點是減少電動機(jī)共振現(xiàn)象的發(fā)生。山于電動機(jī)共振的根本原因是能量過剩，而斬波恒流驅(qū)動輸入的能量是自動隨著繞組電流調(diào)節(jié)。能量過剩時，續(xù)流時間延長，而供電時間減小，因此可減小能量的積聚。實驗線路的測試表明，用這種驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)，低頻共振現(xiàn)象基本消除，在任何頻率下，電動機(jī)都可穩(wěn)定運行。上述斬波恒流驅(qū)動中，斬波頻率是由繞組的電感、比較器的回差等諸因素決定，沒有外來的固定頻率。這種斬波電路稱為自激式斬波恒流電路，如果用其它辦法形成固定的頻率來斬波，稱為他激式。恒流斬波驅(qū)動方式是在專用集成電路中最常用的獲得高性能的方式。通常，步進(jìn)電動機(jī)使用較高電壓電源，使繞組電流幾乎以直線上升到預(yù)定值，由電流檢測器控制一個斬波控制電路，關(guān)斷這繞組的功率開關(guān)，繞組電流在續(xù)流回路中續(xù)流并下降，下降至某一設(shè)定值或經(jīng)過某一規(guī)定時間后，斬波控制電路又令主功率開關(guān)接通。如此反復(fù)控制，由功率開關(guān)的反復(fù)開關(guān)對繞組電流進(jìn)行斬波控制，使電流平均值趨向丁維持恒定。具體控制方法有定頻PWM方法或使用單穩(wěn)電路的關(guān)斷定脈寬方法，這種方式使步進(jìn)電動機(jī)電流的大小和波形是，1]控的。如果電流的基準(zhǔn)值可以設(shè)定和控制，結(jié)合后面的內(nèi)容，也就是通過可實現(xiàn)半步、1/4步和微步距控制。H橋雙極性驅(qū)動永磁式步進(jìn)電機(jī)和混合式步進(jìn)電機(jī)的繞組勵磁必須使用雙極性供電，即勵磁繞組需正反向交錯通以電流，這樣的繞組需要H橋雙極性驅(qū)動。雙極性驅(qū)動的優(yōu)點除效率高以外，更重要的是可以得到最佳的中低頻特性，使保持力矩恒定；同時由于驅(qū)動器集成化，使其與計算機(jī)接曰非常簡單，用程序代替復(fù)雜的邏輯控制，因此控制簡化易于實現(xiàn)。步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動控制器的研究H橋功率集成電路包括有半橋、雙半橋、四半橋、單H橋、雙H橋等，功率級有達(dá)林頓品體管的或DMOS結(jié)構(gòu)的。它們都有較完善的基極（或柵極）驅(qū)動電路，包括DMOS上橋臂驅(qū)動用充電泵電路，防止上下橋臂在換向時直通的連鎖保護(hù)電路；還有各種對電壓、電流、溫度的監(jiān)控保護(hù)電路，從而提高了集成電路的可靠性;它們有高開關(guān)速度，適用于開關(guān)型控制方式。H橋功率開關(guān)常用于可逆直流電動機(jī)、音圈電動機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)相繞組的雙極性驅(qū)動。半橋功率開關(guān)，即推挽式功率開關(guān)可用作這些電動機(jī)繞組T型驅(qū)動，或用兩個半橋構(gòu)成一個H全橋，三個半橋可構(gòu)成一個三相逆變橋以驅(qū)動三相交流電動機(jī)。4t1f（卜啥戈一一 -乙、了布價r‘繞全目-I卜■■ri^1]q j]-J AS1一汗圖2?9R橋雙極性驅(qū)動圖2-9_,Sl、S4開一卜S1開H橋雙極性驅(qū)動Fig.2-9H-bridgeBipolarDriving圖2-9為H橋雙極性馭動的一相電路。當(dāng)要求實現(xiàn)步距角細(xì)分時，該方法就不能達(dá)到要求了，這時就要引入步進(jìn)電機(jī)細(xì)分技術(shù)。在步進(jìn)電機(jī)細(xì)分驅(qū)動控制器中，恒流斬波技術(shù)和H橋馭動通常是聯(lián)系在起的。其典型的工作過程如下:當(dāng)步進(jìn)信號為高電平時，使S.導(dǎo)通，電流經(jīng)+Vcc-S]-繞組-S4-R截止。與后面講到的細(xì)分驅(qū)動相結(jié)合，這時就可以用電機(jī)電樞采樣電阻去采樣電機(jī)電樞電流，經(jīng)RC網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換為電壓值后，與D/A轉(zhuǎn)換器輸出的預(yù)定IW1值相比較。如果當(dāng)前的電流使轉(zhuǎn)換的電壓值小于I值，比較器輸出高電平，保持S,,S4導(dǎo)通狀態(tài)，電源電壓全部加在負(fù)載上，使負(fù)載電流通過電源-S，一負(fù)載~S4-地或電源一S2一負(fù)載飛3一地的回路，以指數(shù)規(guī)律增加。接在采樣電阻端的阻容網(wǎng)絡(luò)上的電壓值VRA也隨之增長;當(dāng)負(fù)載電流增加到或超過網(wǎng)值電流時，VRA隨后也達(dá)到網(wǎng)值電壓，滯后的時間與阻容網(wǎng)絡(luò)的時間常數(shù)有關(guān)，從而使比較器翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)單穩(wěn)電路翻轉(zhuǎn)，關(guān)斷S1，繞組中的電流經(jīng)Vcc-D2-繞組-D3-R釋放，其大小呈指數(shù)規(guī)律衰減并趨向于零。當(dāng)采用固定關(guān)斷時間控制方式時，當(dāng)關(guān)斷時間到達(dá)的時候，則輸出開關(guān)重新閉合，電樞電流又呈指數(shù)規(guī)律增長，重復(fù)前面的過程，形成電樞電流的固定關(guān)斷時間斬波控制。｝幾述過程重復(fù)進(jìn)行，在步進(jìn)信號為H電平時，可保持繞組電流在設(shè)定值處，波動極小，l_作電流非常平滑，實現(xiàn)恒流斬波作用。在步進(jìn)信號為低電平期間，Si,S4截止，S2,S3導(dǎo)通，繞組電流改換方向，與上述相同，由S2,S3完成恒流斬波功能。在傳感電流的輸出端與地之間加入并行阻容網(wǎng)絡(luò)，一方面將該電流轉(zhuǎn)化為電1｝信號，與D/A轉(zhuǎn)換器的輸出的網(wǎng)值電壓相比較，觸發(fā)斬波過程;另一方Ihi通過該低通濾波器可以將電流開關(guān)噪聲的影響濾除。每相由四只功率晶體管1橋組成雙極性驅(qū)動方式，使每相繞組雙向輪流通電。雙極性驅(qū)動方式即當(dāng)電機(jī)繞組中的電流反相時，定子磁通也被反相。二極管dI-D4為品體管釋放電流提供通路，使晶體管截止時貯存在相繞組電感里的部分能量返回到電源，縮短晶體管關(guān)斷時間。方波發(fā)生電路由RT值確定其振蕩頻率，為功率驅(qū)動電路提供恒頻脈沖信號。檢流電阻RA、基準(zhǔn)電服VRA和比較器A。組成線圈電流檢測電路，目的是控制繞組電流維持在恒定狀態(tài)。有關(guān)步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的基本知識1、 系統(tǒng)常識：步進(jìn)電動機(jī)和步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的性能，不但取決于步進(jìn)電動機(jī)自身的性能，也取決于步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的優(yōu)劣。對步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的研究幾乎是與步進(jìn)電動機(jī)的研究同步進(jìn)行的。2、 系統(tǒng)概述：步進(jìn)電動機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行元件。當(dāng)步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號（來自控制器），它就驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。3、 系統(tǒng)控制：步進(jìn)電動機(jī)不能直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動電源（步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器）?？刂破鳎}沖信號發(fā)生器）可以通過控制脈沖的個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。4、 用途：？步進(jìn)電動機(jī)是一種控制用的特種電機(jī)，作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，隨著微電子和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展（步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器性能提高），步進(jìn)電動機(jī)的需求量與日俱增。步進(jìn)電動機(jī)在運行中精度沒有積累誤差的特點，使其廣泛應(yīng)用于各種自動化控制系統(tǒng)，特別是開環(huán)控制系統(tǒng)。？5、 步進(jìn)電機(jī)按結(jié)構(gòu)分類：步進(jìn)電動機(jī)也叫脈沖電機(jī)，包括反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)VR）、永磁式步進(jìn)電動機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電動機(jī)（HB）等。（1） 反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)：也叫感應(yīng)式、磁滯式或磁阻式步進(jìn)電動機(jī)。其定子和轉(zhuǎn)子均由軟磁材料制成，定子上均勻分布的大磁極上裝有多相勵磁繞組，定、轉(zhuǎn)子周邊均勻分布小齒和槽，通電后利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一般為三、四、五、六相；可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出（消耗功率較大，電流最高可達(dá)20A，驅(qū)動電壓較高）；步距角?。ㄗ钚】勺龅?0’）；斷電時無定位轉(zhuǎn)矩；電機(jī)內(nèi)阻尼較小，單步運行（指脈沖頻率很低時）震蕩時間較長；啟動和運行頻率較高。（2） 永磁式步進(jìn)電動機(jī)：通常電機(jī)轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，軟磁材料制成的定子上有多相勵磁繞組，定、轉(zhuǎn)子周邊沒有小齒和槽，通電后利用永磁體與定子電流磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一般為兩相或四相；輸出轉(zhuǎn)矩?。ㄏ墓β瘦^小，電流一般小于2A，驅(qū)動電壓12V）；步距角大（例如7.5度、15度、22.5度等）；斷電時具有一定的保持轉(zhuǎn)矩；啟動和運行頻率較低。（3） 混合式步進(jìn)電動機(jī)：也叫永磁反應(yīng)式、永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點。其定子和四相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)沒有區(qū)別（但同一相的兩個磁極相對，且兩個磁極上繞組產(chǎn)生的N、S極性必須相同），轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜（轉(zhuǎn)子內(nèi)部為圓柱形永磁鐵，兩端外套軟磁材料，周邊有小齒和槽）。一般為兩相或四相；須供給正負(fù)脈沖信號；輸出轉(zhuǎn)矩較永磁式大（消耗功率相對較?。徊骄嘟禽^永磁式小（一般為1.8度）；斷電時無定位轉(zhuǎn)矩；啟動和運行頻率較高；是目前發(fā)展較快的一種步進(jìn)電動機(jī)。6、 步進(jìn)電動機(jī)按工作方式分類：可分為功率式和伺服式兩種。（1） 功率式：輸出轉(zhuǎn)矩較大，能直接帶動較大負(fù)載（一般使用反應(yīng)式、混合式步進(jìn)電動機(jī)）。（2） 伺服式：輸出轉(zhuǎn)矩較小，只能帶動較小負(fù)載（一般使用永磁式、混合式步進(jìn)電動機(jī)）。7、 步進(jìn)電動機(jī)的選擇：（1） 首先選擇類型，其次是具體的品種與型號。（2） 反應(yīng)式、永磁式和混合式三種步進(jìn)電動機(jī)的性能指標(biāo)、外形尺寸、安裝方法、脈沖電源種類和控制電路等都不同，價格差異也很大，選擇時應(yīng)綜合考慮。（3） 具有控制集成電路的步進(jìn)電動機(jī)應(yīng)優(yōu)先考慮。8、步進(jìn)電動機(jī)的基本參數(shù)：（1） 電機(jī)固有步距角：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)工作時的實際步距角，實際步距角和驅(qū)動器有關(guān)。（2） 步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)：是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電動機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。步進(jìn)電動機(jī)增加相數(shù)能提高性能，但步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電源都會更復(fù)雜，成本也會增加。（3） 保持轉(zhuǎn)矩（HOLDINGTORQUE）：也叫最大靜轉(zhuǎn)矩，是在額定靜態(tài)電流下施加在已通電的步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上而不產(chǎn)生連續(xù)旋轉(zhuǎn)的最大轉(zhuǎn)矩。它是步進(jìn)電動機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電動機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電動機(jī)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(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電動機(jī)。（4） 步距精度：可以用定位誤差來表示，也可以用步距角誤差來表示。（5） 矩角特性：步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子離開平衡位置后所具有的恢復(fù)轉(zhuǎn)矩，隨著轉(zhuǎn)角的偏移而變化。步進(jìn)電動機(jī)靜轉(zhuǎn)矩與失調(diào)角的關(guān)系稱為矩角特性。（6） 靜態(tài)溫升：指電機(jī)靜止不動時，按規(guī)定的運行方式中最多的相數(shù)通以額定靜態(tài)電流，達(dá)到穩(wěn)定的熱平衡狀態(tài)時的溫升。（7） 動態(tài)溫升：電機(jī)在某一頻率下空載運行，按規(guī)定的運行時間進(jìn)行工作，運行時間結(jié)束后電機(jī)所達(dá)到的溫升叫動態(tài)溫升。（8） 轉(zhuǎn)矩特性：它表示電機(jī)轉(zhuǎn)矩和單相通電時勵磁電流的關(guān)系。（9） 啟動矩頻特性：啟動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系稱為啟動矩頻特性。（10） 運行矩頻特性/慣頻特性：略（11） 升降頻時間：指電機(jī)從啟動頻率升到最高運行頻率或從最高運行頻率降到啟動頻率所需的時間。（12） DETENTTORQUE:是指步進(jìn)電動機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENTTORQUE在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易產(chǎn)生誤解；反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENTTORQUEo9、 步進(jìn)電動機(jī)的一些特點：步進(jìn)電動機(jī)沒有積累誤差：一般步進(jìn)電動機(jī)的精度為實際步距角的3-5%，且不累積。?????(2)步進(jìn)電動機(jī)在工作時，脈沖信號按一定順序輪流加到各相繞組上(由驅(qū)動器內(nèi)的環(huán)形分配器控制繞組通斷電的方式)。即使是同一臺步進(jìn)電動機(jī)，在使用不同驅(qū)動方案時，其矩頻特性也相差很大。步進(jìn)電動機(jī)與其它電動機(jī)不同，其標(biāo)稱額定電壓和額定電流只是參考值；又因為步進(jìn)電動機(jī)是以脈沖方式供電，電源電壓是其最高電壓，而不是平均電壓，所以，步進(jìn)電動機(jī)可以超出其額定值范圍工作。但選擇時不應(yīng)偏離額定值太遠(yuǎn)。步進(jìn)電動機(jī)外表允許的最高溫度：步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)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(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電動機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。步進(jìn)電動機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降：當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時，電機(jī)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(jī)隨頻率(或速度)的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。步進(jìn)電動機(jī)低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定頻率就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電動機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電動機(jī)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(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)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(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速)。四相混合式步進(jìn)電機(jī)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(jī)接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機(jī)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(jī)相電流的0.7倍，因而電機(jī)發(fā)熱小；并聯(lián)接法一般在電機(jī)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(jī)相電流的1.4倍，因而電機(jī)發(fā)熱較大?；旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)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(jī)的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。如果電機(jī)工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)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)動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。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。當(dāng)脫機(jī)信號FREE為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機(jī)的電流被切斷，電機(jī)轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)(脫機(jī)狀態(tài))。在有些自動化設(shè)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(jī)軸(手動方式)，就可以將FREE信號置低，使電機(jī)脫機(jī)，進(jìn)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。用簡單的方法調(diào)整兩相步進(jìn)電機(jī)通電后的轉(zhuǎn)動方向，只需將電機(jī)與驅(qū)動器接線的A+和A-(或者B+和B-)對調(diào)即可。10、 步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的一些特點：(1)構(gòu)成步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)的專用集成電路：???A??脈沖分配器集成電路：如三洋公司的PMM8713C三/四相)、PMM8723(四相)、PMM8714(五相)等。B?包含脈沖分配器和電流斬波的控制器集成電路：如SGS公司的L297（四相）、L6506（四相）等。C?只含功率驅(qū)動（或包含電流控制、保護(hù)電路）的驅(qū)動器集成電路：如日本新電元工業(yè)公司的MTD1110（四相