步进电动机的性能和工作方式优化

步进电动机是将电脉冲信号转化为角位移或线位移的一位电动元件，当步进驱动器每接收一个脉冲控制信号，即驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度（步距角），故称为步进电动机。非过载情况下，电动机的转速和停止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。利用这一线性关系，可以通过控制给定信号的脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的。同时可以控制脉冲频率来控制电动机的运转速度，达到调速的目的。与普通电动机相比，既具有调速性能，又具有较精确的定位功能，而且低速时的转矩较大，调速范围也更宽。

在速度和位置控制系统中，步进电动机驱动系统具有运行可靠、结构简单、成本低、维修方便等优点，其步距角不会因电压、电流、温度等因素而波动，可以做到快速起动、反转和制动。在机械制造、印刷、化工等工业控制领域的应用也极为广泛。

（1）两相步进电动机的结构和工作原理 目前常用的有两相、三相、四相、五相步进电动机。相数是指电动机内部的绕组数，电动机相数不同，其步距角也不同。下面以两相步进电动机为例，对其结构和工作原理做一简要说明。

步距角为0.9/1.8，即整步为1.8°，半步为0.9°。一台步进电动机，相数（绕组数）是固定不变的，但可运行于两相四拍或两相八拍的两种运行模式下。当运行于两相四拍模式下时，步距角为1.8°，运行于两相八拍模式下时，步距角为0.9°。当采用带细分的步进驱动器时，其步距角根据细分设定值而有更大范围的变化。

步进电动机的拍数：完成一个磁场周期变化所需要脉冲数（绕组导电状态），指电动机转过一个齿距角所需脉冲数。图5-1为两相四拍运行模式下的绕组电流电路图，K1～K4四只开关按一定次序通断——若为基本步单激励方式——任一时刻总是两只开关闭合，只形成一相电

图5-1 两相步进电动机的结构和绕组电流电路示意图

流，则形成I_ab→I_cd→I_ba→I_dc按四拍规律变化的绕组电流；若为两相激励方式——同时形成两相绕组电流，则形成I_ab、I_cd→I_ba、I_cd→I_ba、I_dc→I_ab、I_dc按四拍规律变化的绕组电流。

实际的驱动电路——步进驱动器，即是将K1～K4换成了晶体管开关器件，控制其通断规律，完成对步进电动机的驱动任务。(www.xing528.com)

步进电动机需由步进驱动器（由电子电路构成）驱动，因而其工作模式和步距角的大小，取决于步进电动机驱动器的相关设置。

（2）步进电动机驱动器的基本参数和特性

1）供电电源：可依据所驱动步进电动机的电源规格进行选择。交流电源供电的，如AC80V，可用220V市电经降压变压器，提供给驱动器。选用变压器时，需同时考虑电压和电流两方面的工作参数。如电流值3A，由算式80V×3A=240VA得出的是视在功率值，达不到3A的实际输出能力，应将计算结果再乘以1.5以上的系数，选用220/80V，400VA以上的变压器，作为电源输入。二相电动机的直流供电电压一般为12～48V。

2）输出电流值：产品标注值往往为峰值输出能力，选用时，最低应按步进电动机额定电流值的2倍以上。

输出电流的挡位，一般用操作面板上的拨码开关进行人工整定，如0.9～3A。这也是一种过载保护整定，整定值可参考步进电动机的工作电流值。一般有8级整定挡次。

3）励磁方式：整步、半步、4细分、8细分、16细分、32细分、64细分。半步实际上是2细分，细分级别越高，步距角越小，而电动机转速越低。步进驱动器的控制面板，也设有细分拨码开关，可对细分值进行设置。

4）保持转矩：是指步进电动机通电但没有转动时，定子锁住转子的转矩。它是步进电动机最重要的参数之一，通常步进电动机在低速时的转矩接近保持转矩。由于步进电动机的输出转矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电动机最重要的参数之一。比如，当人们说2N·m的步进电动机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N·m的步进电动机。