步进电机-看这篇就够了

1、什么是步进电机？

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。

2、步进电机的分类

（1）按励磁方式：分为反应式、永磁式、混合式

反应式步进电机（VR）：由磁性转子铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动（外表面有齿）

永磁式步进电机(PM)：转子使用永磁材料，通过转子和定子之间同性相斥异性相吸原理不断进行运转，一般为内转子型电机，圆柱形转子的外表面均匀分布着N、S极（外表面无齿）。

混合式步进电机（HB）：混合式步进电机是综合了永磁式和反应式的优点而设计的步进电机。混合式步进电机的结构与反应式步进电机不同，反应式步进电机的定子与转子均为一体结构，而混合式电机的定子与转子都被分为下图所示的两段，极面上同样都分布有小齿，同一段转子片上的所有齿都具有相同极性，不同段的极性相反。其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。

反应式
永磁式
混合式

以上三者优缺点比较

	优点	缺点
反应式（VR）	结构简单、生产成本低、步距角小	动态性能差、发热大
永磁式（PM）	动态性能好、输出力矩大	步距角大、精度差
混合式（HB）	动态性能好、输出力矩大、步距角小	成本较高

（2）按定子绕组方式：2相、3相、5相等；最受欢迎的是2相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。

3、步进电机的步距角跟哪些因素有关？

步距角，是指输入一个电脉冲信号，步进电机转子相应的角位移。它与定子相数、转子齿数和通电方式有关。步距角越小，运转的平稳性越好。定子相数越多，步距角越小；转子齿数越多，步距角越小；通电方式的节拍越多，步距角越小。两相步进电机步进角一般为1.8度（整步）和0.9度（半步），三相步进电机步距角为1.2度（整步），五相步进电机步进角一般为 0.72度（整步）。

如下图是某两相步进电机的规格参数，其中步距角为1.8度，这里的步距角指“电机固有步距角”，它不一定是电机实际作业时的真实步距角，真实的步距角和驱动器有关。另一个参数是步距角精度，常见的在3%-5%。步距角的误差不会长时间累积，只与输入脉冲信号数相对应。

定子操控绕组每改动一次通电方法，称为一拍。

4、什么是步进电机的通电方式？

步进电机的通电方式常见有以下3种：

通电方式	以3相为例	特点
单拍	A-B-C-A	稳定性差，易失步，不常用
双拍	AB-BC-CA-AB	稳定，力矩大，步距角小
单双拍	A-AB-B-BC-C-CA-A	步距角最小，精度最好

5、什么是步进电机的细分？

目的：减弱或消除步进电机的低频振动，（低频振动是步进电机的固有缺陷）。

细分是电机驱动器的特性，不是电机的特性。工作原理是电机驱动器通过控制电机绕组的电流，从而实现控制步进电机的转动角度。举例说明，如两相步进电机的步距角是1.8°，电机驱动器细分设置为32细分，那么实际工作时的步距角为：1.8°/32=0.05625°，即电机转动一周，电机驱动器需要发出360°/0.05625°=6400个脉冲信号。常见的细分方法有三种：

（1）2的N次方，如2、4、8、16、32、64、128、256细分；

（2）5的整数倍，如5、10、20、25、40、50、100、200细分；

（3）3的整数倍，如3、6、9、12、24、48细分。

6、步进电机有哪些基本参数？

如上图时某品牌的两相步进电机的技术参数，主要参数有：尺寸、步距角、额定电流、额定电压、保持转矩、转子惯量、机身长、引线数。

（1）尺寸：指步进电机的法兰尺寸，单位是mm，如以上的42步进电机的法兰尺寸是：42.3*42.3mm；

常见的尺寸有：20/28/35/42/57/60/86/100等。

（2）步距角：参考上面第3点（3、步进电机的步距角跟哪些因素有关？）

（3）额定电流：步进电机的额定电流是指额定工况的相电流，但不表示电机一定在这个电流下工作，这个额定电流只是推荐值，实际可以低于或高于这个电流工作。当不需要额定电流对应的那么大的力矩的时候，可以降低电流来降低发热，减小振动和噪声；当电机需要更大力矩，又不想更换更大电机（成本会高，尺寸大了）可以适当加大工作电流，但要考虑电机的发热是不是在合理范围，一般电机表面温度在80°之内是没有问题的。如果电机不是连续工作，或散热条件比较好，就可以适当加大工作电流。同样力矩的电机，额定电流也不尽相同。原因在于不同电流的电机，是考虑到客户的驱动器的不同能力和不同成本的要求：如电流小的，肯定它的驱动器元器件成本较低，电流大的，那么驱动器的各种元器件成本要高些。小电流大转矩的电机，它的电阻值和电感量都偏大，导致电机的高速性能有所下降。步进电机驱动器的电流设定可以参考以下方式：

（4）额定电压：

细心的伙伴会发现，有的步进电机规格书中会提到额定电压，如上面是2.76V。但是又发现配套的电机驱动器使用的电压是12V、24V、48V，远大于该额定电压。这里的电压是驱动电压，一般驱动电压要大于额定电压。

那为什么可用这么大的电压来驱动呢，不会烧毁吗？因为步进电机有电压驱动和电流驱动两种驱动方式，电压驱动方式运转起来特别慢，所以更多的是电流驱动。电流驱动就是用驱动器保证电流不超过额定电流即可，同时电压越高，步进电机的性能越好，特别是电机的高速性能越好。

（5）保持力矩

又称保持转矩、静力矩，是选择步进电机最重要的参数之一。保持转矩指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。单位是N*M。一般情况下，扭力在0.8n.m以下的，一般选择28、35、39、42；扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。扭力在几N.m或更大的情况下，就应当选择转矩更大的75、85、86、90、110、130等规格的步进电机。

步进电机有一关键曲线：矩频曲线，如上图。横轴是转速（rpm，转/分钟），竖轴是力矩（N*M）。可以发现，转速越高，力矩呈现下降趋势。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩大的电机，负载力矩大。

为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;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,从而导致力矩下降.

（6）转子惯量

转动惯量，是表示物体做旋转运动时惯性大小的量。在负载加速和减速的过程中，惯量是一个非常重要的参数。

（7）机身长：一般机身越长，静力矩越大。

（8）空载启动频率

即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率,如果脉冲频率高于该值,电机不能正常启动,可能发生丢步或堵转.在有负载的情况下,启动频率应更低.如果要使电机达到高速转动,脉冲频率应该有加速过程,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)

7、如何选择步进电机的力矩？

参考链接：

步进电机：步进电机力矩怎么计算？（附计算公式） (szdelco.com)

8、常见的步进电机驱动器有哪些？

常见的两相步进电机驱动芯片：A4988/TMC2208/TMC2209/TMC5160等。还有各种驱动模块。

9、步进电机与伺服电机的区别？

	步进电机	伺服电机
矩频特性	随转速下降	恒力矩输出（额定转速内）
最高转速	0-900RPM	1000-3000RPM
过载能力	基本没有	2-3倍
运行性能	开环或闭环（加编码器）	闭环
加速特性	慢（100ms级）	快（ms级）
低频特性	低频震动	无低频震动
操作设置	简单	复杂