步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器-步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器工作原理詳解
信息來(lái)源：本站 日期：2018-01-04
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的狀況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、中止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步f距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只要周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特性。使得在速度、位置等控制范疇用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的十分的簡(jiǎn)單。
固然步進(jìn)電機(jī)已被普遍地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下運(yùn)用。它必需由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可運(yùn)用。因而用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它觸及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)學(xué)問(wèn)。
目前,消費(fèi)步進(jìn)電機(jī)的廠家確實(shí)不少，但具有專業(yè)技術(shù)人員，可以自行開發(fā)，研制的廠家卻十分少，大局部的廠家只一、二十人，連最根本的設(shè)備都沒(méi)有。僅僅處于一種自覺(jué)的仿制階段。這就給用戶在產(chǎn)品選型、運(yùn)用中形成許多費(fèi)事。
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的一種開環(huán)線性執(zhí)行元件，具有無(wú)累積誤差、本錢低、控制簡(jiǎn)單特性。產(chǎn)品從相數(shù)上分有二、三、四、五相，從步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°，從規(guī)格上分有口42~φ130，從靜力矩上分有0.1N?M~40N?M。
運(yùn)用、控制步進(jìn)電機(jī)必需由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)組成方框圖如下：
1、脈沖信號(hào)的產(chǎn)生
脈沖信號(hào)普通由單片機(jī)或CPU產(chǎn)生，普通脈沖信號(hào)的占空比為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比則越大。
2、信號(hào)分配
我廠消費(fèi)步進(jìn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)適配組件：是一家專業(yè)從事中、大、功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）、快恢復(fù)二極管、三端穩(wěn)壓管開發(fā)設(shè)計(jì)、集研發(fā)生產(chǎn)等。
3、功率放大
功率放大是驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的局部。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動(dòng)態(tài)均勻電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。均勻電流越大電機(jī)力矩越大，要到達(dá)均勻電流大這就需求驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克制電機(jī)的反電勢(shì)。因此不同的場(chǎng)所采取不同的的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，驅(qū)動(dòng)方式普通有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、上下壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。為盡量進(jìn)步電機(jī)的動(dòng)態(tài)性能，將信號(hào)分配、功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。
SH系列二相恒流斬波驅(qū)動(dòng)電源與單片機(jī)及電機(jī)接線圖如下：
闡明：
CP 接CPU脈沖信號(hào)（負(fù)信號(hào)，低電平有效）
OPTO 接CPU+5VFREE 脫機(jī)，與CPU地線相接，驅(qū)動(dòng)電源不工作
DIR 方向控制，與CPU地線相接，電機(jī)反轉(zhuǎn)
VCC 直流電源正端
GND 直流電源負(fù)端
A
接電機(jī)引出線紅線
接電機(jī)引出線綠線
B
接電機(jī)引出線黃線
接電機(jī)引出線
步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用：步進(jìn)電機(jī)的選擇。步進(jìn)電機(jī)有步距角（觸及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素肯定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便肯定下來(lái)了。
1、步距角的選擇：電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的請(qǐng)求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走幾角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角普通有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度 （三相電機(jī)）等。
2、靜力矩的選擇：步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難肯定，我們常常先肯定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的根據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（普通由低速）時(shí)二種負(fù)載均要思索，加速起動(dòng)時(shí)主要思索慣性負(fù)載，恒速運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)只需思索摩擦負(fù)載。普通狀況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能肯定下來(lái)（幾何尺寸）
3、電流的選擇靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)轉(zhuǎn)特性差異很大，可根據(jù)矩頻特性曲線圖，判別電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）
4、力矩與功率換算：步進(jìn)電機(jī)普通在較大范圍內(nèi)調(diào)速運(yùn)用、其功率是變化的，普通只用力矩來(lái)權(quán)衡，力矩與功率換算如下：
P= Ω?M
Ω=2π?n/60
P=2πnM/60
其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓?米P=2πfM/400(半步工作）其中f為每秒脈沖數(shù)（簡(jiǎn)稱PPS)
綜上所述選擇電機(jī)普通應(yīng)遵照以下步驟：
應(yīng)用中的注意點(diǎn)：
1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)所---每分鐘轉(zhuǎn)速不超越1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度）間運(yùn)用，可經(jīng)過(guò)減速安裝使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。
2、步進(jìn)電機(jī)最好不運(yùn)用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。
3、由于歷史緣由，只要標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)運(yùn)用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可依據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓（倡議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V），當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也能夠采用其他驅(qū)動(dòng)電源， 不過(guò)要思索溫升。
4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。
5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，普通不在工作速度起動(dòng)，而采用逐步升頻提速，一電機(jī)不失步，二能夠減少噪音同時(shí)能夠進(jìn)步中止的定位精度。
6、高精度時(shí)，應(yīng)經(jīng)過(guò)機(jī)械減速、進(jìn)步電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)處理，也能夠采用5相電機(jī)，不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)錢較貴，消費(fèi)廠家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話。
7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必需可經(jīng)過(guò)改動(dòng)電壓、電流或加一些阻尼的處理。
8、電機(jī)在600PPS（0.9度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。
9、應(yīng)遵照先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的準(zhǔn)繩。
其他闡明：有關(guān)低頻振動(dòng)、升降速、機(jī)械共振、工作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的誤差、平面圓弧X、Y插補(bǔ)誤差以及其他問(wèn)題。詳細(xì)處理方法恕不便在此敘說(shuō)，我廠用戶可來(lái)電咨詢，可依據(jù)詳細(xì)狀況處理。不同廠家的電機(jī)在設(shè)計(jì)、運(yùn)用資料及加工工藝方面差異很大，選用步進(jìn)電機(jī)應(yīng)注重牢靠性而輕性能、重質(zhì)量而輕價(jià)錢。最好采用同終身產(chǎn)廠家的控制器、驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)。這樣便于最終客戶的維護(hù)。
