步进电机专题

1、小丸子非标机械大讲堂小白进阶篇 第二节步进电机专题 本课主题：步进电机使用场合、精度、控制方式主讲老师：小丸子教育泽雨老师学习目标：1、步进电机适用场合及性能概述2、步进电机与伺服电机对比3、步进电机的驱动方式4、控制电机的分辨率与精度探讨5、不同场合步进电机的控制方式1. 步进电机性能概述1）频矩特性随着脉冲频率增大，电机的定子会产生反电动势从而减弱工作电流，使电机输出扭矩减小。2）低频震动一般情况下低频震动的频率区间在180pps-250pps之间。解决方案：1. 加减速器避开共振频率。2. 细分驱动。3. 换成步距角小的电机。4. 改用伺服电机。3） 启动频率不宜过高，需要加速空载启动频

2、率：即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。解决方案：步进电机的起步速度一般在10100RPM，伺服电机的起步速度一般在100300RPM。根据电机大小和负载情况而定，大电机一般对应较低的起步速度。4） 加减速时间与停止时间要求加减速时间的长短是选用时的重点，但是除此之外还必须考虑加速 转矩及加减速常数的平衡，所以不能轻易决定。 因此，开始计算时，设定定位时间的 25% 左右为标准来进行计算。1. 加减速时间 s 定位时间 s0.252. 在频繁启动的工况下，运行时间/（运行时间+停止时间）50%注：加速时间不得小于0.1s，最

3、好是在0.2-0.3s之间（步进电机容许加速时间为0.1-1s之间，伺服电机容许加速时间为0.05s-0.5s之间）2. 步进VS伺服电机1）控制精度不同两相步进电机步距角为1.8；德国百格拉公司生产的三相混合式进电机及驱动器，可以细分控制来实现步距角为1.8、0.9、0.72、0.36、0.18、0.09、0.072、0.036，兼容了两相和五相步进电机的步距角。交流伺服电动机的控制精度由电动机后端的编码器保证。如对带标准2500线编码器的电动而言，驱动器内部采用4倍频率技术，则其脉冲当量为360/10000=0.036 ；对于带17位编码器的电动机而言，驱动器每接收217 =131072个

4、脉冲电动机转一圈，即其脉冲当量为360/131072=0.00274658，是步距角为1.8的步进电机脉冲当量的1/655。 2）低频特性不同两相混合式步进电动机在低速运转时易出现低频振动现象。交流伺服电动机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现低频振动现象。3）矩频特性不同步进电动机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高速是会急剧下降。交流伺服电动机为恒力矩输出，即在额定转速（如3000RPM）以内，都能输出额定转矩。4）过载能力不同步进电动机一般不具有过载能力，而交流伺服电动机有较强的过载能力，一般最大转矩可为额定转矩的3倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电动机因为没有这种过载能

5、力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电动机，便出现了力矩浪费的现象。 5）运行性能不同步进电动机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象；停止时如转速过高，易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，内部构成位置环和速度环，一般不会出现丢步或过冲现象，控制性能更为可靠。6）速度响应性能不同 步进电动机从静止加速到工作速度（一般为几百RPM）需要200400ms。交流伺服驱动系统的加速性能较好，从静止加速到工作速度（如3000RPM），一般仅需几毫秒，可用于快速启动的控制场合。7）效率指标不同步进电动机的效率

6、比较低，一般60%以下。交流伺服电机的效率比较高，一般80%以上。因此步进电动机的温升也比交流伺服电机的高。3. 步进电机的驱动方式单拍步进 驱动方式：正转A-B-C-A 翻转A-C-B-A双拍步进驱动方式：正转AB-BC-CA-AB 翻转AB-CA-BC-AB单双拍步进（半步步进）驱动方式：正转A-AB-B-BC-C-CA-A 翻转A-AC-C-CB-B-BA-A细分步进驱动方式：通过使A B C其中两相同点，并使通电的某一相磁极的电流大小渐变来实现单步细分。4. 步进电机控制精度与定位精度探讨1） 步进电机的控制精度与定位精度区别控制精度（步距角）二相步进电机 1.8三相步进电机 1.2五

7、相步进电机 0.72注：1. 细分驱动虽可以提高控制精度，但细分等级超过4就不可以用细分的控制精度来作为控制精度的参考。2. 在考虑控制精度时，应将最小步距角乘以2，再看是否满足控制精度。步进电机的定位精度步进电机的定位精度是指实际定位角度与理论定位角度的差值，此精度完全取决于电机本身，与步距角或细分等级没直接关系。定位精度=3%-5%的步距角。注：1. 步距角精度误差不累计。2. 单步距角误差不会随细分变小。3. 细分可以提高控制精度，但是细分同样存在误差，并且细分误差会与单步步进的误差累计。机械误差机械误差与控制精度无关，但是一定程度与单步距定位精度有关。2） 提高定位精度的方法加减速器改用伺服电机加光栅尺或者编码器4. 不同场合的控制方式案例1：多点停止上料光电