工作原理

　　通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體,，當電流流過定子繞組時,，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場,。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度,，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致,。當定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度,。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度,。每輸入一個電脈沖,，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步,。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比,、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序,，電機就會反轉(zhuǎn),。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動,。

　　發(fā)熱原理：

　　通常見到的各類電機,，內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的。繞組有電阻,，通電會產(chǎn)生損耗,，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損,，如果電流不是標準的直流或正弦波,，還會產(chǎn)生諧波損耗,；鐵心有磁滯渦流效應，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗,，其大小與材料,，電流，頻率,，電壓有關,，這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來,，從而影響電機的效率,。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低,，電流一般比較大，且諧波成分高,，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化,，因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況，且情況比一般交流電機嚴重,。

　　步進電機工作效率如何

　　雖然步進電機已被廣泛地應用,，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下使用,。它必須由雙環(huán)形脈沖信號,、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事,，它涉及到機械,、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識,。

　　如何使步進電機的效率最大化

　　很多人在使用兩相步進電機時發(fā)現(xiàn)步進電機的轉(zhuǎn)矩小,，或達不到額定標稱的轉(zhuǎn)矩值，只好加大步進電機的尺寸和標稱電流,，以滿足動力要求,。其實有時并不是電機的問題，而是在步進電機選擇或驅(qū)動器工作電流的設定上有不妥之處,，沒有發(fā)揮出步進電機的最大效率,。

　　首先，從驅(qū)動器方面考慮,，目前大多數(shù)兩相步進電機的驅(qū)動器是采用全橋輸出的四線接法,，如果兩相步進電機也是四線的，驅(qū)動器按照電機的標稱電流設定,，應該說是正確的,，而且效率最高，輸出轉(zhuǎn)矩能夠達到最大值，新型步進電機大多是這種形式的,。

　　早期生產(chǎn)的步進電機,，多是兩相六線制的（四組兩對串聯(lián)線圈，每對有中心抽頭）,，還有少量八線制的（四組兩對獨立線圈）,。

　　是兩相六線制步進電機有兩種接法，第一種是舍棄中心抽頭接兩端,，實際就是將每組的兩個相線圈串聯(lián)起來使用,，電機堵轉(zhuǎn)矩大和效率高些，但是高速性能差,。第二種是接中心抽頭和一端,，這種接法電機高速性能好些，但是每相有一組線圈空閑,，堵轉(zhuǎn)矩小和效率低些,。目前大多是采用第一種接線方法。這就出現(xiàn)一個問題,，兩相驅(qū)動器的電流到底應該設置多大正確,，一般還都是按電機標稱電流值來設定，這就出現(xiàn)了前面提到的電機效率問題,。

　　一般步進電機標注的電流是相電流（或電阻）,，就是每組線圈的電流值（或電阻），如果兩相六線制步進電機采用第一種接法,，相當于將兩組線圈串聯(lián)起來,，那么其每相電阻加大，額定工作電流減小,，即使驅(qū)動器設置成標稱電流也達不到各相的額定輸出值,。所以在選用驅(qū)動器和步進電機時要注意電流匹配問題，正確的方法是將驅(qū)動器的輸出電流設定為步進電機額定相電流的0.7倍（也不是通常認為串聯(lián)起來的電流減半）,。舉例,，比如一個帶中心抽頭的兩相步進電機，標稱電流是3A,，驅(qū)動器電流應該設定為3乘以0.7＝2.1A,，盡管選了3A的步進電機，實際上它的功率相當于兩相四線制的2.1A步進電機,。

　　再談談八線制的步進電機接法,，也有兩種，第一種是將每兩組線圈串聯(lián)使用,，這樣驅(qū)動器的電流也是設定為電機相電流的0.7倍,，這種接法電機發(fā)熱量小,，但是高轉(zhuǎn)速性能差些。第二種接法是將每兩組線圈并聯(lián)使用,，驅(qū)動器的電流設定為電機相電流的1.4倍,，其優(yōu)點是高轉(zhuǎn)速性能好些，但是電機發(fā)熱量大,，但是步進電機有點溫度是正常的,，只要低于電機的消磁溫度就行，一般步進電機的消磁溫度在105度左右,。

　　在使用輸出電流已經(jīng)預設的步進電機驅(qū)動器（指兩相全橋輸出驅(qū)動器,，如TB6560、A3977等高集成度驅(qū)動芯片）后,，如何選用步進電機很重要,，如果你的驅(qū)動器是2A的，盡量選用兩相四線制2A的電機,，如果選用兩相六線制電機,，就要選標稱相電流為2 / 0.7＝2.9A（大約）的電機。這樣才能使驅(qū)動器的效率最大化,。

　　如果選用的驅(qū)動器是半橋輸出（如SLA7062M、SLA7026等驅(qū)動芯片）的,，那只能接兩相六線制電機,，驅(qū)動器的電流和電機標稱電流是一致的。不過這種驅(qū)動器目前很少用到,，效率低,。

　　對于六線和八線步進電機，采用相線圈并聯(lián),，可以發(fā)揮最大的輸出轉(zhuǎn)矩,，表現(xiàn)出很好的動力性能，六線電機是無法接成并聯(lián)形式的,，實際已經(jīng)在內(nèi)部串聯(lián)起來了,，串聯(lián)的公共端是中心抽頭。只有八線電機的相線圈是可以并聯(lián)使用的,。

　　如果能將電機后蓋打開,，看一下里邊的接線結(jié)構，是可以進行改動的,，使六線電機變成八線電機,，這樣就可以并聯(lián)使用了，但不是所有的六線電機都能改制,，只有能從電機后面看到連線接頭形式的可以改動,，有的電機是焊盤接頭,，改制就需要一定的技術了。經(jīng)改制的步進電機,，原來串聯(lián)的也可以并聯(lián)使用,，并聯(lián)使用時相電流是原來的1.4倍，高速運轉(zhuǎn)性能大大提高,，轉(zhuǎn)矩也提高不少,。對于步進電機和驅(qū)動器的使用，應該注意發(fā)揮其最佳效果,，不必一味追求高價位和大電流,，追求高速度，應該認真計算一下機器的載荷,，看看到底需要多大的轉(zhuǎn)矩和速度,，否則即便驅(qū)動器和電機都選得很大，但是其效果并沒有發(fā)揮出來,，速度也不應追求過高,，實際加工過程中，機器進刀量一般不大（受制于機械結(jié)構,、刀具及加工材料材質(zhì)）,，速度高了也用不上。

　　電機和驅(qū)動器做好匹配可以省錢省力,，達到事半功倍的效果,。

　　提高步進電機減速機工作效率的有效方法

　　在工業(yè)生產(chǎn)中除了質(zhì)量外，生產(chǎn)效率是最重要的,，因為它直接影響著公司的利益,，所以，提高設備工作效率是非常有必要的,，下面是提高步進電機減速機工作效率的方法：

　　1,、步進電機減速機加工精度提高到ISO5-6級；

　　2,、使步進電機減速機結(jié)構設計更合理,；

　　3、使得步進電機減速機的軸承質(zhì)量和壽命提高,；

　　4,、理論知識的日趨完善，更接近實際（如齒輪強度計算方法,、修形技術,、變形計算、優(yōu)化設計方法,、齒根圓滑過渡,、新結(jié)構等）,。

　　步進電機選型的步驟與方法

　　1、 步進電機轉(zhuǎn)矩的選擇步進電機的保持轉(zhuǎn)矩,，近似于傳統(tǒng)電機所稱的“功率”,。當然，有著本質(zhì)的區(qū)別,。步進電動機的物理結(jié)構,，完全不同于交流、直流電機,，電機的輸出功率是可變的,。通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大小（即所要帶動物體的扭力大?。?，來選擇哪種型號的電機。大致說來,，扭力在0.8N.m以下,，選擇20、28,、35,、39、42（電機的機身直徑或方度,，單位：mm）;扭力在1N.m左右的,，選擇57電機較為合適。扭力在幾個N.m或更大的情況下,，就要選擇86、110,、130等規(guī)格的步進電機,。

　　2、 步過電機轉(zhuǎn)速的選擇對于電機的轉(zhuǎn)速也要特別考慮,。因為,，電機的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比,。就是說,，步進電機在低速（每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大）,，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩（1000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn)）就很小了,。當然，有些工況環(huán)境需要高速電機,，就要對步進電動機的線圈電阻,、電感等指標進行衡量,。選擇電感稍小一些的電機，作為高速電機,，能夠獲得較大輸出轉(zhuǎn)矩,。反之，要求低速大力矩的情況下,，就要選擇電感在十幾或幾十mH,，電阻也要大一些為好。

　　3,、 步進電機空載起動頻率的選擇步進電機空載起動頻率,，通常稱為“空起頻率”。這是選購電機比較重要的一項指標,。如果要求在瞬間頻繁啟動,、停止，并且,，轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/分鐘左右（或更高）,，通常需要“加速啟動”。如果需要直接啟動達到高速運轉(zhuǎn),，最好選擇反應式或永磁電機,。這些電機的“空起頻率”都比較高。

　　4,、 步進電機的相數(shù)選擇步進電機的相數(shù)選擇,，這項內(nèi)容，很多客戶幾乎沒有什么重視,，大多是隨便購買,。其實，不同相數(shù)的電機,，工作效果是不同的,。相數(shù)越多，步距角就能夠做的比較小,，工作時的振動就相對小一些,。大多數(shù)場合，使用兩相電機比較多,。在高速大力矩的工作環(huán)境,，選擇三相步進電機是比較實用的。

　　5,、 針對步進電機使用環(huán)境來選擇特種步進電機能夠防水,、防油，用于某些特殊場合。例如水下機器人,，就需要放水電機,。對于特種用途的電機，就要針對性選擇了,。

　　6,、 根據(jù)您的實際情況可否需要特殊規(guī)格特殊規(guī)格的步進電機，請和我們溝通,，在技術允許的范圍內(nèi),，加工訂貨。例如,，出軸的直徑,、長短、伸出方向等,。

　　7,、 如有必要最好與廠家的技術工程師進一步溝通與確認型號。