（二）感應子式步進電機

1、特點：

感應子式步進電機與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作
點，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(zhuǎn)過程中
比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。

感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個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(qū)動），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(xiàn)其條件為C=,D=.
一個二相電機的內(nèi)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，而功率大一點的電
機，為了方便使用，靈活改變電機的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，
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
感應子式步進電機以相數(shù)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 為感應子式步進電機代號）、57BYG、86BYG 、110BYG 、（國際標準），
而像70BYG 、90BYG 、130BYG 等均為國內(nèi)標準。
3、步進電機的靜態(tài)指標術(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，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈
沖數(shù)，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：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360 度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），
以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50 齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360 度/（50*4）=1.8 度（俗稱
整步），八拍運行時步距角為θ=360 度/（50*8）=0.9 度（俗稱半步）。

定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成

的）
靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)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(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，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。
4、步進電機動態(tài)指標及術(shù)語：

1、步距角精度：
步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實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(shù)其值不同，四拍運行時應在5%之內(nèi)，八拍運行時應在15%以內(nèi)。

2、失步：
電機運轉(zhuǎn)時運轉(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，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動


是不能解決的。
4、最大空載起動頻率：



電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。

5、最大空載的運行頻率：

電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)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)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動
態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。如下圖所示：
其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。

電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均
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，曲線與負載的交點為負載的最
大速度點。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。

7、電機的共振點：

步進電機均有固定的共振區(qū)域，二、四相感應子式步進電機的共振區(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），電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電
機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，
一般工作點均應偏移共振區(qū)較多。
8、電機正反轉(zhuǎn)控制：

當電機繞組通電時序為AB-BC-CD-DA 或()時為正轉(zhuǎn)，通電時序為DA-CA-BC-AB 或()時為反轉(zhuǎn)。

三、驅(qū)動控制系統(tǒng)組成

使用、控制步進電機必須由環(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(zhuǎn)速越高，占空比

則越大。
2、信號分配

我廠生產(chǎn)的感應子式步進電機以二、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(qū)動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉(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）。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需
要驅(qū)動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。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、細分數(shù)等。

為盡量提高電機的動態(tài)性能，將信號分配、功率放大組成步進電機的驅(qū)動電源。我廠生產(chǎn)的SH 系列
二相恒流斬波驅(qū)動電源與單片機及電機接線圖如下：
說明：
CP 接CPU 脈沖信號（負信號，低電平有效）
OPTO 接CPU+5V
FREE 脫機，與CPU 地線相接，驅(qū)動電源不工作
DIR 方向控制，與CPU 地線相接，電機反轉(zhuǎn)
VCC 直流電源正端
GND 直流電源負端
A 接電機引出線紅線
接電機引出線綠線
B 接電機引出線黃線
接電機引出線藍線步進電機一經(jīng)定型，其性能取決于電機的驅(qū)動電源。步進電機轉(zhuǎn)速越高，力距越
大則要求電機的電流越大，驅(qū)動電源的電壓越高。電壓對力矩影響如下：
4、細分驅(qū)動器
在步進電機步距角不能滿足使用的條件下，可采用細分驅(qū)動器來驅(qū)動步進電機，細分驅(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電機運轉(zhuǎn)的。

四、步進電機的應用

（一）步進電機的選擇

步進電機有步距角（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，步進電機的
型號便確定下來了。

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。目前市場上步進電機的步距角一
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

步進電機的動態(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(jù)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。


直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要
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(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長
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，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機
的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）


4、力矩與功率換算


步進電機一般在較大范圍內(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）、應用中的注意點


1 、步進電機應用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000 轉(zhuǎn)，（0.9 度時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，此時電機工作效率高，噪音低。
2、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。
3、由于歷史原因，只有標稱為12V 電壓的電機使用12V 外，其他電機的電壓值不是驅(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)動慣量大的負載應選擇大機座號電機。
5、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，
二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。
6、高精度時，應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數(shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5 相電
機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。
7、電機不應在振動區(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、電機在600PPS（0.9 度）以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。
9、應遵循先選電機后選驅(qū)動的原則。