步进电动机的发展概况(步进电机及其发展)

1. 步进电机及其发展

步进电机分三种：永磁式(PM)，反应式(VR)和混合式(HB) 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。

在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

2. 步进电机发展历程图

步进电机在整步或半步运行时，将较大的振动和噪声，步进电机的细分本质上是将整步或半步分成更多的步数来完成，即就本来一步完成的1.8°，可以分成几步完成，这样可以有效改善电机的振动，但随着电机控制技术的发展，采用DSP控制的数字式步进驱动系统，已实现了“纯正弦波”控制，已无细分的概念，细分更多的理解为电子齿轮比的设备，用来设定脉冲当量。

3. 步进电机的概念

1、如载荷稳定，特别是力较大且无大的波动，低速情况选用步进电机更好（结合导程细分），并且价格相对还能低一点；

2、受力不稳，或波动范围较大，虽速度低也宜选用伺服电机，目前伺服电机价格已大幅下降至跟步进电机差距不太大了。

综述，步进电机细分能达到所述要求，如为1的情况，步进电机的工作特征更符合。（目前有一种盲目推崇伺服电机的风气，实则需根据使用情况定，而不是根据所谓“档次”）

4. 步进电机发展史

这一现象一般是步进电机或其控制系统断相造成的。有可能是步进电机本身故障也可能是其驱动电路故障。

首先检查步进电机的连接插头是否接触良好，若接触良好，可将没有故障的电机调换过来，以便验证电机是否良好。

若调换电机后仍不能正常工作，则说明其控制部分不正常，可重点检查驱动板上的大功率三极管及其保护元件释放二极管，一般情况下，这两个元件较易损坏。

5. 步进电机的现状

1. 检查电机本身是否出现轴承生锈、退磁、短路等故障。

2. 检查电流是否过小，电流过小将无法带动电机运转。

3. 检查电机线路是否接错或接触不良，如果正在使用的电机突然停转，优先检查驱动线路是否破损或断开。

4. 检查保险丝是否烧毁，若是则更换保险丝后电机即可恢复运转。

5. 检查脉冲频率是否过高，过高的脉冲频率同样会使电机不转。

6. 检查电机力矩是否足够带动负载，步进电机如果负载过重运行将可能造成停转。

7. 检查电源灯是否亮起，若电源灯不亮则说明电源发生了故障，检查供电电路是否有问题。

8. 检查TM灯是否亮起，若电源灯亮而TM灯常亮或不亮则说明信号电路发生故障，检查信号电路是否接好，检查信号驱动能力是否正常。

9. 检查OC灯是否亮起，若OC灯不亮则说明驱动器保护出了问题，检查电流是否过大、线路是否接错、电源是否过低，尝试重新上电。

10. 检查电源开关是否正常，打开电源开关，用万用表的欧姆档测开关输入端与输出端电阻，若电阻显示无穷大则说明电源开关损坏，更换电源开关即可恢复。

11. 检查霍尔转把是否正常，用万用表的直流电压档测转把输出端绿色线的电压，如果有1~4.2V电压输出则为正常，没有电压输出说明转把损坏，进行更换即可。

12. 检查控制器是否正常，用万用表的直流电压档测控制器输出端红色线，如果测得5 V左右电压则为正常，没有电压输出说明控制器损坏，进行更换即可。

13. 检查电机接线头是否有松动的情况，检查是否有触点接触不良的问题。

14. 检查电机是否烧坏，接好除电机与控制器之间以外的线，缓慢转动电机，通过万用表测得霍尔线的电压是否变化，如有一相没变化则说明霍尔元件被烧毁了，更换电机即可。

6. 步进电机发展趋势

1、 直接归零法。该方法在零位处安装一个停止挡块，然后令步进电机向零位方向驱动足够大的角度，当步进电机回到零位时，被挡块挡住，电机停止位置即零位。

这种归零方法简单，但是在电机被挡块挡住时，仍会驱动电机执行归零动作，因此不仅会对步进电机和传动机构造成伤害，还会产生剧烈的抖动和较大的噪声。：2、 传感器法。该方法在零位处安装霍尔开关、光电二极管等位置传感器，当步进电机回到零位时，传感器给出检测信号，控制电路检测到该信号时，令电机停在零点位置。这种归零方法准确、可靠，但是增加了电路的复杂性，对安装有一定的要求。

3、 采用带停转检测的专用电机驱动芯片。这种芯片在电机停转时，能够立刻检测到电机处于停转状态，从而确定零点位置。

但这种方法通用性差，对步进电机各绕组的电流相位有一定的要求，并且这种方法不能在微步驱动方式下使用。

7. 步进电机发展展望

可能是上位机的方向信号输出接触不良，也可能是信号线接触不良，驱动器是跟据方向信号的电平来判断方向的，比如低电平就正转，高电平就反转，如果接触不良，该反转时，高电平时有时无，它就是时正转时反转，或者一直正转。

8. 步进电机的发展

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电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。。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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，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行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，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。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机又称为脉冲电机，基于最基本的电磁铁原理，它是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。其原始模型是起源于年至年间。年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电机。二十世纪初，在电话自动交换机中广泛使用了步进电机。由于西方资本主义列强争夺殖民地，步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电机的控制方式更加灵活多样。

步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是，它接收数字控制信号电脉冲信号并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比，其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可获得所需的转角、速度和方向。

由于步进电机是一个把电脉冲转换成离散的机械运动的装置，具有很好的数据控制特性，因此，计算机成为步进电机的理想驱动源，随着微电子和计算机技术的发展，软硬件结合的控制方式成为了主流，即通过程序产生控制脉冲，驱动硬件电路。单片机通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出了电机的潜力。因此，用单片机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋。

9. 步进电机的概述

1、步进电机动作的话要靠驱动器来驱动的，步进电机也叫脉冲电机，给一个脉冲转一个角度。

12V的话要控制要先买个开关电源，把220V变成12V接到驱动器，再用驱动器控制电机，还要

一个外部给脉冲的控制器（单片机或者PLC）给驱动器脉冲信号。

2、根据控制信号运动，一个脉冲信号走一步，步进角则根据固有参数计算，比如以5相步进电

机为例，采用基本步进角即无细分，则每给一个脉冲信号，步进电机运转0.72°，500脉冲一

圈。所以当脉冲的频率越高时，步进电机的运转速度越快，依次计算即可。

步进电机驱动器概述：

1、可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲

频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速和定位的目的。

2、是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步

进电机按设定的方向转动一个固定的角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

步进电机驱动器基本原理：

1、采用单极性直流电源供电。只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机

步进转动。四相步进电机按照通电顺序的不同，分为单四拍、双四拍、八拍三种方式。

2、单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与

双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。