西门子步进电机基本知识见解
时间：2010-08-10 阅读：4856
步进电机基本知识问答
1.步进电机的"保持转矩"和"定位转矩"有何不同?
保持转矩是指电机各相绕组通电额定电流，且处于静态锁定状态时，电机所能输出的zui大转矩，是电机选型时zui重要的参数之一。定位转矩是指电机各相绕组不通电且处于开路状态时， 由于混合式电机转子上有永磁材料产生磁场，从而产生的转矩。一般定位转矩远小于保持转矩。星否存在定位转矩是混合式步进电机区别于反应式步进电机的重要标志。
2.步进电机发热是否属于正常现象?一般温度范围是多少?
（1）电机发热的原理
我们通常见到的各类电机，内部都是有铁心和绕组线圈的。绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流的平方咸正比，这就是我们常说的铜损，如果电流不是标准的直流或正弦波，还会产生谐波损耗；铁心有磁滞涡流效应 在交变磁场中也会产生损耗，其大小与材料 、电流、频率、电压有关．这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出．效率比较低，电流一般比较大 且谐波成分高，电流交变的频率也随转速而变化。因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交流电机严重。
（2）步进电机发热的合理范围
电机发热允许到什么程度．主要取决于电机内部绝缘等级-内部绝缘性能在高温下（130℃以±）才会被破坏。所以只要内部不超过130℃， 电机不会损环，而这时表面温度会在90℃以下。所以，步进电机表面温度在70C℃—80℃都是正常的简单的温度测量方法有用测温计的也可以粗略判断月手可以触摸1~2s以上， 不超过60℃，用手只能碰一下． 大约在70℃一80℃，滴几滴水迅速气化，则90℃以上了。
（3）步进电机发热随速度变化的情况
采用恒流驱动技术时，步进电机在静态和低速下，电流会维持恒定 以保持恒力矩输出，速度高到一定程度，电机内部反电势升局，电流将逐步下降 力矩也会下降。因此，因铜损带来的发热情况就与速度相关了。静态和低速时一般发热高，高速时发热低。但是铁损{虽然占的比例较小）变化的情况却不尽然，而电机整个纳发热是二者之和，所以上述只是一般情
（4）发热带来的影响
电机发热虽然一般不会影响电机寿命，对大多数客户没必要理会。但是严重时会带来一些负面影响。如电机内部各部分热膨胀系数不同导致结构应力的变化和内部气隙的微小变化，会影响电机的动态响应 高速会容易失步。又如有些组合不允许电机扣过度发热，如医
疗器械和高精度的测试设备等。因此，对电机的发热应当进行必要的控制。
（5）减少电机的发热措旆
减少发热，就是减少铜损和铁损。减少铜损有两个方向 减少电阻和电流，这就要求在选型时尽量选择电阻小和额定电流小的电机，对两相电机 能用串联的电机就不用并联电机。但是这往往与力矩和高速的要求相抵触。对于已经选定的电机，则应充分利用驱动器的自动半流控制功能和脱机功能，前者在电机处于静态时自动减少电流，后者于脆将电流切断。另外 细分驱动器由于电流波形接近正弦，谐波少．电机发热也会较少。减少铁损的办法不多，电压等级与之有关， 高压驱动的电机虽然会带来高速特性的提升。但也带来发热的增加，所以应当选择合适的驱动电压等级，兼顾高速性，平稳’性和发热，噪声等指标。
3.交流伺服电机的工作原理是什么？
伺服电机内部的转于是永磁铁，驱动gS控制的u／V／W三相电形成电磁场 转子在此礤场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值
与目标值进行比较 调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度{线数）。两相电机和四相电机有何不同?真正的两相步进电机在定子上只有2个绕组，有4相出线，一
般整步步距角为1.8',半步为o。9”。在驱动器中，只要对两相绕组电流通断和电流方向进行控制就可以了。而4相步进电机在定子上有四个绕组，有8根出线，整步为O.9'，半步为0.45' ．不过在驱动器中需要刘4个绕组进行控制， 电路的复杂性和成本都明显增加。所以一般我们都选择两相电机配两相驱动器．如果需要更小的步距角，可以采用细分驱动器。不过细心的用户会发现，四通电机公司生产的电机称为两相，实际有两相4线的，也有四相日线的；驱动器中有两相的却没有四相的。这是因为，四相绕组两两并联或串联后
就成为两相绕组，这样四相电机就变成两相电机了，而串联和并联会带来电机．的绕组电阻和电感的成倍变化．从而带来电机运行性能的明显变化。一般来说，并联使用时，
电机有较好的加速性能．高速力矩保持得好，但是电机需要输入2倍‘额定电流的电流．发热较大．对驱动器输出能力的要求相应提高；而在串联使用时，电机有较好的低速稳定性，噪声和发热较小，对驱动器要求不高 但是高速力矩损失较大。四通提供的驱动器全部呈两
相的，所以电机也必须改接咸两相使用。这就是为什么我们往往要问客户电机，希望接成串联的还是并联的。过去我们的8线电机标成四相，但是经常造成客户误会．认为四相电机．和两相驱动器不匹配,为了减少类似麻烦，后来将电机均标成两相的了。所以，我们有晌简单
回答这个问题 两相电机．和四相电机实质上是一回事。两相和五相的混合式步进电机的应用场合有何一般来说．两相电机，步距角大．高速特性好，但是存在低速振动区。而五相电机步距角小，低速运行平稳，所以，在刘电机的运转精度要求较高，且主要在中低速段（一般低于日OOr／min） 的场合应选用五相电机．；反之，若追求电机的
高速性能，刘精度及平稳性无太多要求的场合应选用成本较低的两相电机。另外．五相电机的力矩通常在2NM以上，对小力矩的应用，一般采用两相电机，而低速平稳性的问题可以通过采用细分驱动器的方式解决。如何控制步进电机的转动方向?当您的控制韶（上位机）发出的是双脉冲[即正负脉冲）或脉冲信号的幅值不匹配时，需要用我们的信号模块转换为5V单脉冲（脉：中加方向）。
（1）输入为双脉冲
信号模块的拨码开关应拨到·双脉：中·位置。当发正脉；中的，电机正转； 当发负脉冲的，电机反转。正负脉冲不可同时给，具体时序可参照信号模块说明书。
（2）输入为单脉冲
信号模块的拨码开关应拨到单脉冲”位置。当有脉冲输出时电机转动。改变方向信号的高低电平可改变电机转动方向。具体时序可参照信号模块说明书。伺服电机和步进电机相比，有何优势?和步进电机相比，伺服电机．有
以下几点优势
（1）实现了位置，速度和力矩的闭环控制．克服了步进电机．失步的问题。
（2）高速性能好，一般额定转速能达到2000一3000r／m巾。
（3）抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用。
（4）低速运行平稳．低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的
（5）电机加减速的动态相应肘间—般在几个毫秒之内。
（6）发热和噪声明显降低。如果对动态响应要求比较高，建议选择电机的转动惯量为负载转动惯量的2倍，否则只要负载的转动惯量小于电机的转动惯量即可。
步进电机．选型步骤：
（1）确定驱动机械装置
（2）计算负载力矩。
（3）计算负载惯量。