如何选择步进电机及驱动芯片

步进电机及驱动芯片选型

一、步进电机驱动零碎功能
1）零碎知识：
步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动零碎。步进电机驱动零碎的功能，不但取决于步进电机本身的功能，也取决于步进电机驱动器的优劣。对步进电机驱动器的研讨简直是与步进电机的研讨同步进行的。
2）零碎概述：
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进电机驱动器接纳到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运转的。
3）系统控制：
步进电机不能直接接到直流或交流电源上任务，必需运用公用的驱动电源（步进电机驱动器）。控制器（脉冲信号发生器）可以经过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而到达精确定位的目的；同时可以经过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而到达调速的目的。
4）用处：
步进电机是一种控制用的特种电机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，随着微电子和计算机技术的开展（步进电机驱动器功能进步），步进电机的需求量日积月累。步进电机在运转中精度没有积聚误差的特点，使其广泛应用于各种自动化控制系统，特别是开环控制系统。
二、步进电机构造分类
步进电机也叫脉冲电机，包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）等。
1）反应式步进电机：
也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电机。其定子和转子均由软磁资料制成，定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组，定、转子周边均匀分布小齿和 槽，通电后应用磁导的变化发生转矩。普通为三、四、五、六相；可完成大转矩输入（耗费功率较大，电流可达20A，驱动电压较高）；步距角小（可做 到六分之一度）；断电时无定位转矩；电机内阻尼较小，单步运转（指脉冲频率很低时）震荡工夫较长；启动和运转频率较高。
2）永磁式步进电机：
通常电机转子由永磁资料制成，软磁资料制成的定子上有多相励磁绕组，定、转子周边没有小齿和槽，通电后应用永磁体与定子电流磁场相互作用发生转 矩。普通为两相或四相；输入转矩小（耗费功率较小，电流普通小于2A，驱动电压12V）；步距角大（例如7.5度、15度、22.5度等）；断电时具有一 定的坚持转矩；启动和运转频率较低。
3）混合式步进电机：
也叫永磁反应式、永磁感应式步进电机，混合了永磁式和反应式的优点。其定子和四相反应式步进电机没有区别（但同一相的两个磁极绝对，且两个磁极 上绕组发生的N、S极性必需相反），转子构造较为复杂（转子外部为圆柱形永磁铁，两端外套软磁资料，周边有小齿和槽）。普通为两相或四相；须供应正负脉冲 信号；输入转矩较永磁式大（耗费功率绝对较小）；步距角较永磁式小（普通为1.8度）；断电时无定位转矩；启动和运转频率较高；是目前开展较快的一种步进 电机。
三、步进电机的基本参数
1）电机固有步距角：
它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如STP-59D5026型电机给出的值为 0.9°/1.8°（表示半步任务时为0.9°、整步任务时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机任务时的实践步距角， 实践步距角和驱动器有关。
2）步进电机的相数：
是指电机外部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，普通二相电机的步距角为 0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72° 。步进电机添加相数能进步功能，但步进电机的构造和驱动电源都会更复杂，本钱也会添加。
3）坚持转矩（HOLDING TORQUE）：
也叫静转矩，是在额外静态电流下施加在已通电的步进电机转轴上而不发生延续旋转的转矩。它是步进电机重要的参数之一，通常步进电机在 低速时的力矩接近坚持转矩。由于步进电机的输入力矩随速度的增大而不时衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以坚持转矩就成为了权衡步进电机重要的参 数之一。比方，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊阐明的状况下是指坚持转矩为2N.m的步进电机。
4）步距精度：
可以用定位误差来表示，也可以用步距角误差来表示。
5）矩角特性：
步进电机的转子分开平衡位置后所具有的恢复转矩，随着转角的偏移而变化。步进电机静转矩与失调角的关系称为矩角特性。
6）静态温升：
指电机静止不动时，按规定的运转方式中多的相数通以额外静态电流，到达波动的热平衡形态时的温升。
7）静态温升：
电机在某一频率下空载运转，按规定的运转工夫停止任务，运转工夫完毕后电机所到达的温升叫静态温升。
8）转矩特性：
它表示电机转矩和单相通电时励磁电流的关系。
9）启动矩频特性：
启动频率与负载转矩的关系称为启动矩频特性。
10）运转矩频特性/惯频特性：略
11）升降频工夫：
指电机从启动频率升到运转频率或从运转频率降到启动频率所需的工夫。
12）DETENT TORQUE：
是指步进电机没有通电的状况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国际没有一致的翻译方式，容易产生误解；反应式步进电机的转子不是永磁资料，所以它没有DETENT TORQUE。
四、步进电机特点
（1）步进电机没有积聚误差：普通步进电机的精度为实践步距角的百分之三到五，且不累积。
（2）步进电机在任务时，脉冲信号按一定顺序轮番加到各相绕组上（由驱动器内的环形分配器控制绕组通断电的方式）。
（3）即便是同一台步进电机，在运用不同驱动方案时，其矩频特性也相差很大。
（4）步进电机与其它电动机不同，其标称额外电压和额定电流只是参考值；又由于步进电机是以脉冲方式供电，电源电压是其电压，而不是均匀电压，所以，步进电机可以超出其额定值范围任务。但选择时不应偏离额定值太远。
（5）步进电机表面允许的温度： 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而招致力矩下降乃至于失步，因而电机表面允许的温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁 性资料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机表面温度在摄氏80-90度完全正常。
（6）步进电机的力矩会随转速的降低而下降：当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将构成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而招致力矩下降。
（7）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定频率就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载状况下可以正常启动的脉冲频率，假如脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，能够发作丢 步或堵转。在有负载的状况下，启动频率应更低。假如要使电机到达高速转动，脉冲频率应该有减速进程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频 （电机转速从低速升到高速）。
（8）四相混合式步进电机普通由两相驱动器来驱动，因而，衔接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相运用。串联接法普通在电机转速较 低的场所运用，此时需求的驱动器输入电流为电机相电流的0.7倍，因此电机发热小；并联接法普通在电机转速较高的场所运用（又称高速接法），所需求的驱动 器输入电流为电机相电流的1.4倍，因此电机发热较大。
（9）混合式步进电机驱动器的供电电源电压普通是一个较宽的范围 （比方IM483的供电电压为12～48VDC），电源电压通常依据电机的任务转速和呼应要求来选择。假如电机任务转速较高或呼应要求较快，那么电压取值 也高，但留意电源电压的纹波不能超越驱动器的输出电压，否则能够损坏驱动器。
（10）供电电源电流普通依据驱动器的输入相电流I来确定。假如采用线性电源，电源电流普通可取I 的1.1～1.3倍；假如采用开关电源，电源电流普通可取I 的1.5～2.0倍。
（11）当脱机信号FREE为低电平时，驱动器输入到电机的电流被切断，电机转子处于自在形态（脱机形态）。在有些自动化设备中，假如在驱动器 不时电的状况下要求直接转动电机轴（手动方式），就可以将FREE信号置低，使电机脱机，停止手动操作或调理。手动完成后，再将FREE信号置高，以持续 自动控制。
（12）用复杂的办法调整两相步进电机通电后的转动方向，只需将电机与驱动器接线的A+和A-（或许B+和B-）对调即可。
五、步进电机驱动器的原理
步进电机的运转要有一电子装置停止驱动，这种安装就是步进电机驱动器，它是把控制系统收回的脉冲信号，加以缩小以驱动步进电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进脉冲信号的频率，可以对电机调速;控制步进脉冲的个数，可以对电机定位。
典型的步进电机驱动控制系统次要由三局部组成：
1）步进控制器，由单片机完成。
2）驱动器，把单片机输入的脉冲加以缩小，以驱动步进电机。
3）步进电机。
典型的步进电机驱动控制电路图如下：
六、步进电机的选择
1）首先选择类型，其次是详细的种类与型号。
2）反应式、永磁式和混合式三种步进电机的性能指标、外形尺寸、装置办法、脉冲电源品种和控制电路等都不同，价钱差别也很大，选择时应综合思索。
3）具有控制集成电路的步进电机应优先思索。
七、步进电机任务方式分类：可分为功率式和伺服式两种
1）功率式：输入转矩较大，能直接带动较大负载（普通运用反应式、混合式步进电机）。
2）伺服式：输入转矩较小，只能带动较小负载（普通运用永磁式、混合式步进电机）。
八、PWM调速的电机驱动电路，次要有以下性能指标
1）输入电流和电压范围，它决议着电路能驱动多大功率的电机。
2）效率，高的效率不只意味着节省电源，也会增加驱动电路的发热。要进步电路的效率，可以从保证功率器件的开关任务形态和避免共态导通（H桥或推挽电路能够呈现的一个成绩，即两个功率器件同时导通使电源短路）动手。
3）对控制输出端的影响。功率电路对其输出端应有良好的信号隔离，避免有高电压大电流进入主控电路，这可以用高的输入阻抗或许光电耦合器完成隔离。 

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