步进电机基础知识.ppt
步进电机基础知识,汪鲁见作于2015年7月24日,一、步进电机的应用场合,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。步进电机使用在很多设备上，如数控机床、医疗设备、纺织印刷、雕刻机、激光打标机、激光内雕机、电子设备、剥线机、包装机械、广告设备、贴标机、恒速应用、机器人、3D打印机等等。,激光雕刻机,3D打印机,二、步进电机的原理及分类,补充1：什么是单极性和双极性？,1、单极性：不改变绕组电流的方向，只是对几个绕组依次循环通电。比如说四相电机，有四个绕组，分别为abcd（1）：AB-BC-CD-DA-AB（2）：A-AB-B-BC-C-CD-DDA(注：AB意为AB两个绕组同时通电，类似者同)2、双极性：双极性不只是对几个绕组依次循环通电，而且还要改变绕组的电流的方向。如四线双极性电机，有两个绕组A和B，A绕的两端分别为A1、A2；B绕的两端分别为B1、B2。运行方式：A1A2-B1B2-A2A1-B2B1-A1A2-,补充2 什么是相数？,所谓“相数”，就是线圈组数。目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同。N相步进电机有N个绕组。,补充3 步距角,电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9/1.8、三相的为0.75/1.5、五相的为0.36/0.72。N相步进电机有N个绕组，这N个绕组要均匀地镶嵌在定子上，因此定子的磁极数必定是N的整数倍，因此，转子转一圈的步数应该是N的整数倍；也就是说：3相步进电机转一圈的步数是3的整数倍，4相步进电机转一圈的步数是4的整数倍，5相步进电机转一圈的步数是5的整数倍；如果步进电机的基本步距角为，转一圈的步数是M，步进电机的相数是N则有下述关系：=360/M。M必然是相数N的整数倍。跟据以上分析可以看出，基本步距角是不能取任意值的。,补充4 其它分类方式,步进电机在构造上有三种主要类型1.永磁式步进电机（PM）一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5 度 或 15 度。2.反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 1.5 度，但噪声和振动都很大。3.混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点，它又分为两相和五相：两相步进角一般为 1.8 度而五相步进角一般为 0.72 度。这种步进电机的应用最为广泛。也是本次例程所选用的步进电机。,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器件。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。,控制方式,三、步进电机驱动芯片,A4988 步进电机驱动模块,3.1、简介,A4988 是一款带转换器和过流保护的 DMOS 微步驱动器，该产品可在全、半、1/4、1/8 及1/16步进模式时操作双极步进电动机，输出驱动性能可达 35V及2A。转换器是A4988易于实施的关键。只要在“步进”输入中输入一个脉冲，即可驱动电动机产生微步。无须进行相位顺序表、高频率控制行或复杂的界面编程。A4988 界面非常适合复杂的微处理器不可用或过载的应用。,3.2、产品特点,1、只有简单的步进和方向控制接口；2、五个不同的步进模式：全、半、1/4、1/8和1/16；3、可调电位器可以调节最大电流输出，从而获得更高的步进率；4、过热关闭电路、欠压锁定、交叉电流保护；,3.3应用电路（和 Arduino UNO 的连接图）,由上图可以看出：在具体的使用中我们只要控制 STEP 和 DIR就可以了，可以说很是方便；在电源供电方面器件逻辑电压 VDD 和GND 之间我们接 Arduino 的+5V 电源端，而电机电源 VMOT 和GND之间我们需要接 8-15V（DC）;还有关于三个模式选择端 MS1、MS2、MS3 我们全部接地也就是全步进模式（转一圈要 200 个步进值或一个步进 1.8），如果要求更高的精度，我们可以通过选择其他的模式，比如我们如果选择 1/4 步进模式，那么我们电机转一圈就要送 800 个微步才能完成。我么下面来看看模式选择与 MS1、MS2、MS3 之间的关系。,设置A4988驱动的步序对照表,补充1,细分的基本概念为：步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。如驱动器工作在 10 细分状态时，其步距角只为电机固有步距角的十分之一，也就是：当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动 1.8；而用细分驱动器工作在 10 细分状态时，电机只转动了 0.18。细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。,3.4 程序,四、使用步进电机常见问题,1、第一次使用步进电机驱动器，怎么能尽快调试到最佳状态？按照说明和驱动器上的标示，正确接好电源和电机后，把驱动器调节到16细分，把信号的输出频率设置到1000HZ内，运行无误后在慢慢加速（提高频率）细分等。2、驱动器工作长时间工作外壳（散热片）比较热，正常吗？正常，在常温下外壳（散热片）达到80摄氏度不会对性能有影响，长时间大电流工作的话，你也可以通过加装风扇或者散热片帮助散热。,3、有什么简单有效的方式确定2相4线步进电机四条线的定义？同一相的2根线是相通的，所以我们可以用万用表检测。4、步进电机使用时出现振动大，失步（丢步）或者是有声不转等现象，为什么？步进电机与普通交流电机有很大的差别，振动大或失步是常见的现象。产生的原因和解决的方法有以下两点。（1）控制脉冲频率低速时是否处在共振点上（不同型号的电机共振点不一样），高速时是否采用梯形或者其他曲线加速。（2）驱动器 电机低速时，振动或失步，高速时正常；驱动电压过高。电机低速时正常，高速时失步；驱动电压过低。电机长时间无发热现象（电机正常工作时可高达70-80）；驱动电流小。电机工作时过热；驱动电流大。,5、为什么步进电机低速时可以正常运转，若高于一定速度就无法启动并伴有啸叫声？步进电机有一个技术参数空载启动频率，即步进电机在空载的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，可能发生失步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应该更低。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）。6、步进电机控制为什么要采用梯形或其他加速方法？步进电机起步速度根据电机不同一般在50-250r/min,如果希望高于此速度运转就必须先用起步以下速度起步，逐渐加速到最高速度，运行一定距离后再逐渐减速至起步速度以下方可停止，否则会出现高速上不去或失步的现象。常见加速方法有分级加速、梯形加速和S型加速等。,五、使用过程注意事项,使用环境注意避免油污，粉尘，和腐蚀性气体。注意驱动器的通风良好。由于驱动器板不是密封的，注意不要将金属屑和粉尘等落入其中造成电路短路。插入电源一定要注意看清正负标示，以免正负极接错烧毁驱动器。确定连接无误后再通电测试,
