步进电机常见问题解答-上海施兰021-51083268
时间：2010-10-16 阅读：2530
步进电机常见问题解答-上海施兰
1、什么是步进电机？
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
2、步进电机分类：
步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）:
永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；
反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相、五相和三相：两相步进角一般为1.8度，这种步进电机的应用.
3、如何确定步进电机驱动器的直流供电电源：
3.1.电压的确定
混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如2M530的供电电压为24～45VDC），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的zui大输入电压，否则可能损坏驱动器.
B.电流的确定
供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取I 的1.5～2.0倍。
4、步进电机和交流伺服电机性能比较：
步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。二者的使用性能比较。
4.1 控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为1.8°，交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以信浓全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。
4.2 低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。
4.3 矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其zui高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
4.4 过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以信浓交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其zui大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，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机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。
4.5 运行性能不同
步进电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，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
4.6 速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以信浓HO CC 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控电机。
5、步进电机的工作转速：
具体参看各款电机矩频特性图，一般的，U3 H系列空载可到3000转每分，U3系列输出额定转矩一般在
600转每分以内，U2系列输出额定转矩一般在300转每分以内。
6、电机和驱动器的发热问题：
电机可以承受的温度一般在100度以上，因此使用中烫手是很正常的。小驱动器带大电机，如2M530带86电机，要注意驱动器散热问题，低速、间歇工作。
7.驱动器故障：
7.1 电机相间短路，或长期过负荷运转，烧毁功率模块
7.2 输入控制信号电压偏高、反向，或高频脉冲突然停止，烧坏输入光耦
7.3 输入电源电压不稳定，或回生电流太大，烧毁主电源回路，因此，请注意加隔离变压器、滤波器、回生吸收电阻、电容等
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
2、步进电机分类：
步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）:
永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；
反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相、五相和三相：两相步进角一般为1.8度，这种步进电机的应用.
3、如何确定步进电机驱动器的直流供电电源：
3.1.电压的确定
混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如2M530的供电电压为24～45VDC），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要求来选择。如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但注意电源电压的纹波不能超过驱动器的zui大输入电压，否则可能损坏驱动器.
B.电流的确定
供电电源电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线性电源，电源电流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用开关电源，电源电流一般可取I 的1.5～2.0倍。
4、步进电机和交流伺服电机性能比较：
步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。二者的使用性能比较。
4.1 控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为1.8°，交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以信浓全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。
4.2 低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。
4.3 矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其zui高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。
4.4 过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以信浓交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其zui大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，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机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。
4.5 运行性能不同
步进电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，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。
4.6 速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以信浓HO CC 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控电机。
5、步进电机的工作转速：
具体参看各款电机矩频特性图，一般的，U3 H系列空载可到3000转每分，U3系列输出额定转矩一般在
600转每分以内，U2系列输出额定转矩一般在300转每分以内。
6、电机和驱动器的发热问题：
电机可以承受的温度一般在100度以上，因此使用中烫手是很正常的。小驱动器带大电机，如2M530带86电机，要注意驱动器散热问题，低速、间歇工作。
7.驱动器故障：
7.1 电机相间短路，或长期过负荷运转，烧毁功率模块
7.2 输入控制信号电压偏高、反向，或高频脉冲突然停止，烧坏输入光耦
7.3 输入电源电压不稳定，或回生电流太大，烧毁主电源回路，因此，请注意加隔离变压器、滤波器、回生吸收电阻、电容等