步进电机详解-电机技术及应用

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
步进电机动态指标及术语

1
 步距角精度
步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示，误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。

2
失步
电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。

3
失调角
转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。

4
最大空载起动频率
电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。

5
最大空载的运行频率
电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。

6
运行矩频特性
电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。它特性还有惯频特性、起动频率特性等。要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。

7
电机正反转控制
当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或()时为正转通电时序为DA-CA-BC-AB时为反转。
驱动控制系统组成

使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统

脉冲信号的产生
脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。

信号分配
二相四拍为，步距角为1.8度;二相八拍为，步距角为0.9度;四相电机工作方式也有二种。四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度，四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为0.9度)。

功率放大
功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流。到目前为止，驱动方式一般有以下几种，恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。

细分驱动器
在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻-A-B-电流的大小以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。
步进电机的选择

步进电机有步距角、涉及到相数、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定步进电机的型号便确定下来了。

步距角的选择
电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率，当量换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度包括减速、电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度，五相电机0.9度/1.8度，二、四相电机1.5度/3度。
静力矩的选择
步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来几何尺寸。

电流的选择
静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流，参考驱动电源、及驱动电压。

力矩与功率换算
步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下;
P= Ω·M
Ω=2π·n/60
P=2πnM/60
其P为功率单位为瓦;Ω为每秒角速度，单位为弧度;n为每分钟转速;M为力矩单位为牛顿·米;P=2πfM/400(半步工作 其中f为每秒脉冲数，简称PPS)