步進(jìn)電機(jī)為自動(dòng)化行業(yè)提供了一種經(jīng)濟(jì)高效且簡單的方法，可以在各種應(yīng)用中以數(shù)字方式控制運(yùn)動(dòng) - 包括包裝設(shè)備，3D打印機(jī)，物料搬運(yùn)和分揀線，臺(tái)式CNC機(jī)器等。它們是許多旋轉(zhuǎn)和線性定位軸的關(guān)鍵部件。

步進(jìn)電機(jī)的成本 - 性能優(yōu)勢在于其簡單性和在開環(huán)控制方案中精確定位的能力，而無需從電機(jī)到控制器的任何反饋。要獲得開環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)的性能優(yōu)勢，需要了解如何在應(yīng)用中和安裝步進(jìn)電機(jī)。以下是六個(gè)常見的錯(cuò)誤，步驟電機(jī)用戶，無論是新手還是經(jīng)驗(yàn)豐富的人都可以輕松避免。

1.電機(jī)的扭矩規(guī)格高于我在實(shí)踐中看到的扭矩規(guī)格

在計(jì)算在應(yīng)用中移動(dòng)負(fù)載所需的扭矩之后，用戶基于（1）電動(dòng)機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩規(guī)格或（2）速度 - 轉(zhuǎn)矩曲線選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 一旦安裝并耦合到負(fù)載，電動(dòng)機(jī)就不會(huì)產(chǎn)生預(yù)期的扭矩量。

個(gè)錯(cuò)誤是使用保持扭矩作為步進(jìn)電機(jī)的性能指標(biāo)。 保持扭矩定義了電機(jī)在保持位置而不是移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭矩。 它通常是電機(jī)在移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的扭矩的不良指示器。

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)開始移動(dòng)時(shí)，即使在幾個(gè)轉(zhuǎn)速之后，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也會(huì)從保持轉(zhuǎn)矩值急劇下降。 隨著速度的增加，扭矩進(jìn)一步下降。 因此，請勿僅根據(jù)保持扭矩選擇電機(jī)。 相反，請參考公布的速度 - 扭矩曲線。

第二個(gè)錯(cuò)誤是無法理解速度 - 扭矩曲線的性質(zhì)。 速度 - 轉(zhuǎn)矩曲線表示步進(jìn)電機(jī)停轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)矩。 當(dāng)電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子失去同步，軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

為了確保步進(jìn)電機(jī)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)并提供足夠的扭矩來移動(dòng)負(fù)載，通過估算安全裕度來評估速度 - 轉(zhuǎn)矩曲線。 一種簡單的方法是通過想象一條與速度 - 扭矩曲線平行的線，大約是公布曲線高度的1/2到2/3。 該假想線表示步進(jìn)電機(jī)可以可靠地產(chǎn)生的扭矩量，并且具有最小的失速風(fēng)險(xiǎn)。 有關(guān)詳細(xì)信息，請參見下面的圖1。

圖1  - 步進(jìn)電機(jī)的典型速度 - 轉(zhuǎn)矩曲線。 在制造商公布的數(shù)據(jù)中，僅顯示實(shí)線，表示失速扭矩與速度的關(guān)系。 用戶必須估計(jì)可用的扭矩范圍，如虛線所示。

2.步進(jìn)電機(jī)太熱了;一定有什么問題

步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)為熱運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)中的絕緣等級為B級，額定工作溫度高達(dá)130°C。這意味著步進(jìn)電機(jī)的表面溫度在失效前可達(dá)到90°C或更高。這個(gè)溫度比一個(gè)人在沒有燒傷皮膚的情況下接觸的溫度要高得多。因此，請將電機(jī)安裝在遠(yuǎn)離人體接觸可能性較大的區(qū)域。

步進(jìn)電機(jī)設(shè)計(jì)為在高溫下運(yùn)行，因?yàn)樗鼈冇糜陂_環(huán)控制系統(tǒng)。由于開環(huán)步進(jìn)電機(jī)在沒有任何電流反饋（或速度或位置反饋）的情況下運(yùn)行，因此無論轉(zhuǎn)矩需求如何，驅(qū)動(dòng)器提供的電流都是恒定的。

為了從步進(jìn)電機(jī)獲得的扭矩，制造商在說明時(shí)考慮了B級絕緣;因此，電流額定值旨在扭矩輸出而不會(huì)過熱。最終的結(jié)果是步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生了很大的扭矩......但是這樣做也很熱。

3.我可以使用12V電源為電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器供電嗎？

對于任何類型的電動(dòng)機(jī)，不僅僅是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，電源電壓與電動(dòng)機(jī)速度直接相關(guān)。隨著向系統(tǒng)提供更高的電壓，電機(jī)可實(shí)現(xiàn)更高的速度。伺服和直流電機(jī)規(guī)定的額定電源電壓符合其他額定規(guī)格，包括速度，扭矩和功率。

如果規(guī)定步進(jìn)電機(jī)的額定電壓，則通常不超過電機(jī)的繞組電阻乘以額定電流。這對于產(chǎn)生保持扭矩很有用，但是當(dāng)步進(jìn)電機(jī)移動(dòng)時(shí)很少使用。

與所有電動(dòng)機(jī)一樣，當(dāng)軸開始移動(dòng)時(shí)，步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生反電動(dòng)勢（BEMF）電壓，阻止流入繞組的電流。為了產(chǎn)生可用的扭矩，供電電壓必須顯著高于BEMF。由于沒有硬性和快速的規(guī)則來電源電壓的高度，因此用戶應(yīng)查看給定步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)器和電源組合的已發(fā)布速度 - 轉(zhuǎn)矩曲線。

速度 - 轉(zhuǎn)矩曲線中的電源電壓是的信息。如果忽略，例如當(dāng)公布的曲線使用48 V電源時(shí)使用12 V電源，電機(jī)將無法達(dá)到預(yù)期的扭矩。見下面的圖2。

圖2  - 同一步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組合的兩個(gè)速度 - 轉(zhuǎn)矩曲線。 只有電源電壓不同。 深綠色線條顯示48 V電源的失速扭矩。 淺綠色線顯示24 V電源的失速轉(zhuǎn)矩。 12 V電源可以產(chǎn)生更低的曲線

4.'我不能用幾個(gè)PLC輸出運(yùn)行這個(gè)步進(jìn)電機(jī)嗎？為什么需要開車？'

兩相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器使用一組連接的八個(gè)晶體管來形成H橋。從PLC輸出創(chuàng)建等效的H橋需要8個(gè)輸出。一些帶有六根引線的兩相步進(jìn)電機(jī)僅用四個(gè)晶體管驅(qū)動(dòng)。對于這些，您可以使用四個(gè)PLC輸出來向前和向后旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)。然而，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器不僅僅是簡單地對H橋中的晶體管進(jìn)行排序。

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器使用總線電壓的PWM切換來調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)每相中的電流。如前一節(jié)關(guān)于電壓的說明，電源電壓必須足夠高，以克服BEMF并在速度下產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

具有微步進(jìn)功能的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)一步細(xì)化了PWM開關(guān)邏輯，以根據(jù)正弦波比較每相中的電流，獲得比步進(jìn)電機(jī)的基本步進(jìn)角更精細(xì)的定位。超越最基本的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，那些具有軌跡發(fā)生器的驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)預(yù)設(shè)的加速和減速率自動(dòng)升高和降低電機(jī)速度。

使用PLC輸出來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)對于有興趣剖析步進(jìn)電機(jī)如何工作的人來說可能是一個(gè)很好的項(xiàng)目。對于任何嚴(yán)肅的運(yùn)動(dòng)控制項(xiàng)目，您需要一個(gè)合適的驅(qū)動(dòng)器。

5.“電機(jī)很吵......它一定有問題。”

每當(dāng)步進(jìn)電機(jī)邁出一步時(shí)，它會(huì)在轉(zhuǎn)子穩(wěn)定到位時(shí)產(chǎn)生一點(diǎn)振鈴聲（想想彈簧上的經(jīng)典質(zhì)量）。振鈴是電機(jī)的自然諧振頻率，它基于電機(jī)結(jié)構(gòu)。當(dāng)馬達(dá)步驟的頻率接近或等于它時(shí)，自然共振頻率被放大。

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)以全步序列（可用的分辨率;等于電機(jī)的步進(jìn)角）和低速（通常在1到5轉(zhuǎn)/秒的范圍內(nèi)）驅(qū)動(dòng)時(shí)，這種噪音明顯。

當(dāng)用戶次測試步進(jìn)電機(jī)并且電機(jī)未安裝并且與任何負(fù)載分離時(shí)，出現(xiàn)噪聲問題。在這種情況下，電機(jī)可以自由地產(chǎn)生共振，而沒有任何阻尼共振的東西。

幸運(yùn)的是，一些簡單的步驟可以減輕共振：

通過安裝電機(jī)并將電機(jī)軸連接到負(fù)載，為系統(tǒng)增加機(jī)械阻尼。將軸連接到負(fù)載會(huì)給系統(tǒng)增加一些慣性或摩擦力......這反過來會(huì)改變或阻尼電機(jī)的固有共振頻率。

通過微步進(jìn)減小步進(jìn)角。當(dāng)微步進(jìn)時(shí)，每一步的步進(jìn)角都小得多，并且自然共振頻率被激發(fā)得更少。

如果這些步驟都不起作用，請考慮使用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，其內(nèi)置于其當(dāng)前控制邏輯中的振算法。

6.'我需要一個(gè)編碼器來運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)，對嗎？'

不，編碼器不需要在開環(huán)控制中運(yùn)行步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是一種使用開環(huán)控制精確重復(fù)定位負(fù)載的無刷直流電機(jī)。其他電機(jī)需要某種類型的位置反饋。開環(huán)控制適用于以下情況：

運(yùn)動(dòng)任務(wù)隨著時(shí)間的推移是相同的。

負(fù)載不會(huì)改變。

所需的速度相對較低。

未能完成運(yùn)動(dòng)任務(wù)不會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重或危險(xiǎn)的機(jī)器故障。

如果應(yīng)用程序不符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，請考慮將反饋引入系統(tǒng)以允許某種程度的閉環(huán)控制。將步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中的編碼器添加到基本功能中，包括基本上是開環(huán)控制但具有微妙，有效的改進(jìn)，以及步進(jìn)電機(jī)作為伺服控制系統(tǒng)的一部分運(yùn)行的全閉環(huán)控制。請聯(lián)系您的步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)商，以獲取有關(guān)它們提供的反饋范圍和閉環(huán)控制選項(xiàng)的信息。

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