（二）感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)
1、特點(diǎn)：
感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)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而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，
發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機(jī)具有較強(qiáng)的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中
比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。
感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)某種程度上可以看作是低速同步電機(jī)。一個(gè)四相電機(jī)可以作四相運(yùn)行，也可以作
二相運(yùn)行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動），而反應(yīng)式電機(jī)則不能如此。例如：四相，八相運(yùn)行
（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運(yùn)行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C=,D=.
一個(gè)二相電機(jī)的內(nèi)部繞組與四相電機(jī)完全一致，小功率電機(jī)一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電
機(jī)，為了方便使用，靈活改變電機(jī)的動態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時(shí)，
既可以作四相電機(jī)使用，可以作二相電機(jī)繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。
2、分類
感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以相數(shù)可分為：二相電機(jī)、三相電機(jī)、四相電機(jī)、五相電機(jī)等。以機(jī)座號（電機(jī)
外徑）可分為：42BYG(BYG 為感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)代號）、57BYG、86BYG 、110BYG 、（國際標(biāo)準(zhǔn)），
而像70BYG 、90BYG 、130BYG 等均為國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)。
3、步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語
相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S 磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m 表示。
拍數(shù)：完成一個(gè)磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n 表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈
沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四拍運(yùn)行方式即AB-BC-CD-DA-AB ，四相八拍運(yùn)行方式即
A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
步距角：對應(yīng)一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運(yùn)行拍數(shù)），
以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50 齒電機(jī)為例。四拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360 度/（50*4）=1.8 度（俗稱
整步），八拍運(yùn)行時(shí)步距角為θ=360 度/（50*8）=0.9 度（俗稱半步）。
定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成
的）
靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電
機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。
雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過份采用減小氣隙，增加激磁
安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。
4、步進(jìn)電機(jī)動態(tài)指標(biāo)及術(shù)語：
1、步距角精度：
步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(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(yùn)
行拍數(shù)其值不同，四拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運(yùn)行時(shí)應(yīng)在15%以內(nèi)。
2、失步：
電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。
3、失調(diào)角：
轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動
是不能解決的。
4、最大空載起動頻率：
電機(jī)在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。
5、最大空載的運(yùn)行頻率：
電機(jī)在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。
6、運(yùn)行矩頻特性：
電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性，這是電機(jī)諸多動
態(tài)曲線中最重要的，也是電機(jī)選擇的根本依據(jù)。如下圖所示：
其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。
電機(jī)一旦選定，電機(jī)的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機(jī)的動態(tài)力矩取決于電機(jī)運(yùn)行時(shí)的平均
電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機(jī)輸出力矩越大，即電機(jī)的頻率特性越硬。
其中，曲線3 電流最大、或電壓最高;曲線1 電流最小、或電壓最低，曲線與負(fù)載的交點(diǎn)為負(fù)載的最
大速度點(diǎn)。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機(jī)。
7、電機(jī)的共振點(diǎn)：
步進(jìn)電機(jī)均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的共振區(qū)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(jī)驅(qū)動電壓越高，電機(jī)電流越大，負(fù)載越輕，電
機(jī)體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機(jī)輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統(tǒng)的噪音降低，
一般工作點(diǎn)均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。
8、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制：
當(dāng)電機(jī)繞組通電時(shí)序?yàn)锳B-BC-CD-DA 或()時(shí)為正轉(zhuǎn)，通電時(shí)序?yàn)镈A-CA-BC-AB 或()時(shí)為反轉(zhuǎn)。
三、驅(qū)動控制系統(tǒng)組成
使用、控制步進(jìn)電機(jī)必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，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(jī)或CPU 產(chǎn)生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4 左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，占空比
則越大。
2、信號分配
我廠生產(chǎn)的感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)以二、四相電機(jī)為主，二相電機(jī)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(jī)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(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于它的動態(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(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需
要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅(qū)動方式，到目前為止，驅(qū)動方
式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。
為盡量提高電機(jī)的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動電源。我廠生產(chǎn)的SH 系列
二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機(jī)及電機(jī)接線圖如下：
說明：
CP 接CPU 脈沖信號（負(fù)信號，低電平有效）
OPTO 接CPU+5V
FREE 脫機(jī)，與CPU 地線相接，驅(qū)動電源不工作
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)引出線藍(lán)線步進(jìn)電機(jī)一經(jīng)定型，其性能取決于電機(jī)的驅(qū)動電源。步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，力距越
大則要求電機(jī)的電流越大，驅(qū)動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下：
4、細(xì)分驅(qū)動器
在步進(jìn)電機(jī)步距角不能滿足使用的條件下，可采用細(xì)分驅(qū)動器來驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)，細(xì)分驅(qū)動器的原理
是通過改變相鄰（A，B）電流的大小，以改變合成磁場的夾角來控制步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的。
四、步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用
（一）步進(jìn)電機(jī)的選擇
步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的
型號便確定下來了。
1、步距角的選擇
電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，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)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一
般有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)的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(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。
直接起動時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要
考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，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
度便能確定下來（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)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)
的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）
4、力矩與功率換算
步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，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(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)（簡稱PPS)
(二）、應(yīng)用中的注意點(diǎn)
1 、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000 轉(zhuǎn)，（0.9 度時(shí)6666PPS) ，最好在
1000-3000PPS(0.9 度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。
2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動大。
3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V 電壓的電機(jī)使用12V 外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值，
可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓（建議：57BYG 采用直流24V-36V，86BYG 采用直流50V,110BYG 采用
高于直流80V），當(dāng)然12 伏的電壓除12V 恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源，不過要考慮溫升。
4、轉(zhuǎn)動慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號電機(jī)。
5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)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(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5 相電
機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。
7、電機(jī)不應(yīng)在振動區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。
8、電機(jī)在600PPS（0.9 度）以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。
9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動的原則。
滬公網(wǎng)安備31010802001143號
