（二）感應子式步進(jìn)電機
1、特點(diǎn)：
感應子式步進(jìn)電機與傳統的反應式步進(jìn)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(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機效率高，電流小，
發(fā)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(guò)程中
比較平穩、噪音低、低頻振動(dòng)小。
感應子式步進(jìn)電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個(gè)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(dòng)），而反應式電機則不能如此。例如：四相，八相運行
（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(fā)現其條件為C=,D=.
一個(gè)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(diǎn)的電
機，為了方便使用，靈活改變電機的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線(xiàn)為八根引線(xiàn)（四相），這樣使用時(shí)，
既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。
2、分類(lèi)
感應子式步進(jìn)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(jìn)電機代號）、57BYG、86BYG 、110BYG 、（國際標準），
而像70BYG 、90BYG 、130BYG 等均為國內標準。
3、步進(jìn)電機的靜態(tài)指標術(shù)語(yǔ)
相數：產(chǎn)生不同對極N、S 磁場(chǎng)的激磁線(xiàn)圈對數。常用m 表示。
拍數：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數或導電狀態(tài)用n 表示，或指電機轉過(guò)一個(gè)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(gè)脈沖信號，電機轉子轉過(guò)的角位移用θ表示。θ=360 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(shí)步距角為θ=360 度/（50*4）=1.8 度（俗稱(chēng)
整步），八拍運行時(shí)步距角為θ=360 度/（50*8）=0.9 度（俗稱(chēng)半步）。
定位轉矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機械誤差造成
的）
靜轉矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉運動(dòng)時(shí)，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(dòng)電壓及驅動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。
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(guān)，但過(guò)份采用減小氣隙，增加激磁
安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì )造成電機的發(fā)熱及機械噪音。
4、步進(jìn)電機動(dòng)態(tài)指標及術(shù)語(yǔ)：
1、步距角精度：
步進(jìn)電機每轉過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)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(shí)應在5%之內，八拍運行時(shí)應在15%以?xún)取?br />
2、失步：
電機運轉時(shí)運轉的步數，不等于理論上的步數。稱(chēng)之為失步。
3、失調角：
轉子齒軸線(xiàn)偏移定子齒軸線(xiàn)的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅動(dòng)
是不能解決的。
4、最大空載起動(dòng)頻率：
電機在某種驅動(dòng)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(dòng)的最大頻率。
5、最大空載的運行頻率：
電機在某種驅動(dòng)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(guān)系的曲線(xiàn)稱(chēng)為運行矩頻特性，這是電機諸多動(dòng)
態(tài)曲線(xiàn)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(dòng)頻率特性等。
電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機運行時(shí)的平均
電流（而非靜態(tài)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。
其中，曲線(xiàn)3 電流最大、或電壓最高;曲線(xiàn)1 電流最小、或電壓最低，曲線(xiàn)與負載的交點(diǎn)為負載的最
大速度點(diǎn)。要使平均電流大，盡可能提高驅動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機。
7、電機的共振點(diǎn)：
步進(jìn)電機均有固定的共振區域，二、四相感應子式步進(jìn)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(dòng)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(gè)系統的噪音降低，
一般工作點(diǎn)均應偏移共振區較多。
8、電機正反轉控制：
當電機繞組通電時(shí)序為AB-BC-CD-DA 或()時(shí)為正轉，通電時(shí)序為DA-CA-BC-AB 或()時(shí)為反轉。
三、驅動(dòng)控制系統組成
使用、控制步進(jìn)電機必須由環(huán)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(chǎn)生。
脈沖信號一般由單片機或CPU 產(chǎn)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(chǎng)生產(chǎn)的感應子式步進(jìn)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(dòng)系統最為重要的部分。步進(jìn)電機在一定轉速下的轉矩取決于它的動(dòng)態(tài)平均電流而非
靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)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(dòng)系統盡量克服電機的反電勢。因而不同的場(chǎng)合采取不同的的驅動(dòng)方式，到目前為止，驅動(dòng)方
式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動(dòng)、恒流、細分數等。
為盡量提高電機的動(dòng)態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進(jìn)電機的驅動(dòng)電源。我廠(chǎng)生產(chǎn)的SH 系列
二相恒流斬波驅動(dòng)電源與單片機及電機接線(xiàn)圖如下：
說(shuō)明：
CP 接CPU 脈沖信號（負信號，低電平有效）
OPTO 接CPU+5V
FREE 脫機，與CPU 地線(xiàn)相接，驅動(dòng)電源不工作
DIR 方向控制，與CPU 地線(xiàn)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(xiàn)紅線(xiàn)
接電機引出線(xiàn)綠線(xiàn)
B 接電機引出線(xiàn)黃線(xiàn)
接電機引出線(xiàn)藍線(xiàn)步進(jìn)電機一經(jīng)定型，其性能取決于電機的驅動(dòng)電源。步進(jìn)電機轉速越高，力距越
大則要求電機的電流越大，驅動(dòng)電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下：
4、細分驅動(dòng)器
在步進(jìn)電機步距角不能滿(mǎn)足使用的條件下，可采用細分驅動(dòng)器來(lái)驅動(dòng)步進(jìn)電機，細分驅動(dòng)器的原理
是通過(guò)改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場(chǎng)的夾角來(lái)控制步進(jìn)電機運轉的。
四、步進(jìn)電機的應用
（一）步進(jìn)電機的選擇
步進(jìn)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(jìn)電機的
型號便確定下來(lái)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(gè)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(chǎng)上步進(jìn)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）等。
2、靜力矩的選擇
步進(jìn)電機的動(dòng)態(tài)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。
直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負載，恒速運行進(jìn)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(cháng)
度便能確定下來(lái)（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(xiàn)圖，判斷電機
的電流（參考驅動(dòng)電源、及驅動(dòng)電壓）
4、力矩與功率換算
步進(jìn)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(lái)衡量，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（簡(jiǎn)稱(chēng)PPS)
(二）、應用中的注意點(diǎn)
1 、步進(jìn)電機應用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉速不超過(guò)1000 轉，（0.9 度時(shí)6666PPS) ，最好在
1000-3000PPS(0.9 度）間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機工作效率高，噪音低。
2、步進(jìn)電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。
3、由于歷史原因，只有標稱(chēng)為12V 電壓的電機使用12V 外，其他電機的電壓值不是驅動(dòng)電壓伏值，
可根據驅動(dòng)器選擇驅動(dòng)電壓（建議：57BYG 采用直流24V-36V，86BYG 采用直流50V,110BYG 采用
高于直流80V），當然12 伏的電壓除12V 恒壓驅動(dòng)外也可以采用其他驅動(dòng)電源，不過(guò)要考慮溫升。
4、轉動(dòng)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(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，
二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。
6、高精度時(shí)，應通過(guò)機械減速、提高電機速度,或采用高細分數的驅動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5 相電
機，不過(guò)其整個(gè)系統的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠(chǎng)家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話(huà)。
7、電機不應在振動(dòng)區內工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。
8、電機在600PPS（0.9 度）以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅動(dòng)。
9、應遵循先選電機后選驅動(dòng)的原則。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
