步进电动机的控制特性(步进电动机的运行特性

1. 步进电动机的运行特性

无需编码器等反馈器件即可实现转速与转角（即位置）的控制（即开环控制），这是步进电机最大的特点。脉冲的频率决定电机的转速，而脉冲的个数决定电机的转角。同比直流伺服系统，步进电机具如下优势：

1、锁定位置时，电机不再耗电：步进电机特有的“静转矩”（又称“保持转矩”、“定位转矩”等），当电机停在某位置时，具有一定的锁定转矩。直流电机虽然也可通过驱动器锁定位置，但锁定时电机依然耗电；

2、体积小、寿命长：步进电机的寿命通常取决于轴承寿命，可达上万至数万小时，与等同尺寸的直流电机相比，步进电机的输出转矩更大。

3、成本低廉、驱动简单：由于是开环控制，省却了编码器等反馈器件，所以既简化了系统组成，又能有效降低成本。

但步进电机的旋转是一个高速重复的“启—停—启—停”过程，所以转动平滑性不如直流电机。步进电机还有一个谐振频率，当电机在某转速区间工作时，驱动的脉冲可能产生谐振而让电机抖动。另外，一旦发生某一脉冲未能驱动电机（俗称“丢步”，可能因干扰信号等而出现）时，开环系统无法检测和补偿。该问题虽然可以通过加装编码器等来解决，但这将导致成本上升，并且需要更复杂的驱动电路。

2. 步进电机的使用特性

步进电机主要用途

　　目前用于电脑绣花机中的步进电机多数为三相混合式步进电机，并采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。

　　第一、步进电机主要用于一些有定位要求的场合，例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度），基本上涉及到定位的场合都用得到。

第三、步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。

3. 步进电动机的主要特性

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。

4. 步进电动机的运行特性是什么

无需编码器等反馈器件即可实现转速与转角（即位置）的控制（即开环控制），这是步进电机最大的特点。脉冲的频率决定电机的转速，而脉冲的个数决定电机的转角。同比直流伺服系统，步进电机具如下优势：

1、锁定位置时，电机不再耗电：步进电机特有的“静转矩”（又称“保持转矩”、“定位转矩”等），当电机停在某位置时，具有一定的锁定转矩。直流电机虽然也可通过驱动器锁定位置，但锁定时电机依然耗电；

2、体积小、寿命长：步进电机的寿命通常取决于轴承寿命，可达上万至数万小时，与等同尺寸的直流电机相比，步进电机的输出转矩更大。

3、成本低廉、驱动简单：由于是开环控制，省却了编码器等反馈器件，所以既简化了系统组成，又能有效降低成本。

但步进电机的旋转是一个高速重复的“启—停—启—停”过程，所以转动平滑性不如直流电机。步进电机还有一个谐振频率，当电机在某转速区间工作时，驱动的脉冲可能产生谐振而让电机抖动。另外，一旦发生某一脉冲未能驱动电机（俗称“丢步”，可能因干扰信号等而出现）时，开环系统无法检测和补偿。该问题虽然可以通过加装编码器等来解决，但这将导致成本上升，并且需要更复杂的驱动电路。

5. 步进电机的运行性能

步进电机型号和意义如下:

步进电机型号由4部分组成，分别代表机座号、电机类型（BYF代表混合式，BC代表反应式）、相数、电机转子齿数。

1、机座号：又叫电机外径，一共有28、42、57、86、110、130型号。

2、电机类型

反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。

永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。

混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，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。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。

3、相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。常用m表示。

4、转子齿数

转子齿数是指定转子铁芯上转子小齿的数量。转子齿数的不同会改变单相各个线圈之间的互补性；改变线圈所匝链的磁链的极性，对单相线圈磁链的谐波成分造成影响，进而对电机的谐波特性造成影响，还影响电机的功率密度。

扩展资料

步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。 三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。

1、步距角的选择

电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。

2、静力矩的选择

静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。

3、电流的选择

静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流。

6. 步进电动机的运行特性与输入脉冲频率

步进电机的转速与脉冲频率成正比，即脉冲频率越高步进电机的转速也越高，但提高了脉冲频率虽然达到了提速作用，却损失了力矩。 力矩随脉冲频率升高而下降的原因： 步进电机产生失步的两个原因就是： 一、控制脉冲频率高，此时转子的加速度小于步进电机定子旋转磁场的速度。 在步进电机供电电源设计好后，定子线圈冲电时间常数基本是固定的，假设时间常数是0.02S（0.02S充电到最大值的63%），如果步进电机接受的脉冲周期大于0.04S(占空比为50%，频率小于25HZ),定子线圈即可以获得足够的能量产生足够带动转子的力矩。如果脉冲频率过高，比如50HZ（占空比为50%，脉冲周期大于0.02S），定子线圈获得的充电时间才0.01S，少了一半的充电时间，产生的力矩就减少了很多，致使转子跟不上定子旋转磁场的速度，每一步都落后于应该到达的平衡位置，并且距离平衡位置越来越远。积累下来的结果就造成了失步. 当然50HZ的频率太小了，本例子只是为了便于说明，随意说了一个数解决方法：1、降低脉冲频率，别认为麻烦，调试步进电机大部分是调节脉冲频率的过程 2、如果不想因降低频率而造成速度太低，那么加大步进电机供电电流 3、减轻电机的负载 二、控制脉冲频率低，此时转子的速度高于步进电机定子旋转磁场的速度。 还以上面的0.02S充电时间常数为例，脉冲频率低，定子线圈充电充分，其产生的力矩就大，此时电机的负载如果较轻，转子就会超过应该到达的平衡位置，定子磁场又要拉转子回到平衡位置，同样其在回平衡位置时又会反越过平衡位置而落后于平衡位置，恰恰此时下一个脉冲到来，于是转子只好在落后于平衡位置的地方开始新一轮的步进。如此循环，同样造成每一步都落后于应该到达的平衡位置，并且距离平衡位置越来越远。积累下来的结果就造成了失步。 解决方法：1、提高脉冲频率 2、不想太高速，那么减小步进电机供电电流。 3，上面两者都不能调节，换力矩小的电机。 伺服电机的说明书上一般都会给出矩频特性图，或是力矩与速的关系表。从大多品牌步进电机的矩频特性可以看出，步进电机在小于600转/分的速度时，输出力矩是正常的。超过1000转/分时，力矩急剧下降(当然也有部分电机在1200转/分时，力矩输出正常). 所以将步进电机的最高转速定为600转/分是较为理想的选择。 当然这个600转/分不是一个通用的数据，具体还得去资讯厂家，向厂家要步进电机的矩频特性。 600转/分的定义只是为了告诉您在选择电机或是前期设计转速，要考虑到步进电机转速小的特点！

7. 步进电动机的运行特性有哪些

进电机起动后，当控制脉冲频率连续上升而维持不失步的最高频率，称为运行频率。通常给出的也是空载情况下的运行频率。

当电机带羊一定的负载运行时，运行频率与负载转矩大小有关，两者的关系称为运行矩频特性，在技术数据中通常也是发表格或曲线形式表示。提高运行频率对于提高生产率和系统的快速性具有很大的实际意义。

由于运行频率比起动频率要高得多，所以使用时常通过自动升、降频控制线路先在低频（不大于起动频率）下使电机起动，然后逐渐升频到工作频率使电机处于连续运行，升频时间一般不大于1秒。

PPS是每秒脉冲数，PPS 300而N.CM 120是指脉冲频率300HZ式力矩120ncm

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