6ES7214-2AS23-0XB8接线方式

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是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

一、步进电机的构造（以5相步进为例）

步进电机的构造主要采用图示的方式进行讲解：

步进构造上大致分为定子与转子两部分。 转子由转子 1、转子 2、磁钢等 3 部分构成。而且转子朝轴方向已经磁化，转子 1 为 n 极时，转子 2 则为 s 极。

定子拥有小齿状的磁极，共有 10个，皆绕有线圈。 其线圈的对角位置的磁极相互连接着，电流流通后，线圈即会被磁 化成同一极性。（例如某一线圈经由电流的流通后，对角线的磁极将 同化成 s 极或 n 极。） 对角线的 2个磁极形成 1个相，而由于有 a相至 e相等 5个相位，因此称为 5 相步进电动机。

系统构成图示

转子的外圈由 50个小齿构成，转子 1 和转子 2 的小齿于构造上互 相错开 1/2 螺距。由此转子形成了100个小齿。目前已经有转子单个加工至100齿的高分辨率型，那么高分辨率型的转子就有200个小齿。因此其机械上就可以实现普通步进电机半步(普通步进电机半步需要细分达到)的分辨率。

电动机构造图2∶与转轴成垂直方向的断面图

二、步进电机的运转原理。

实际上经过磁化后的转子及定子的小齿的位置关系，在此说明如下。 首先解释励磁，励磁就是指电动机线圈通电时的状态。

● a相励磁

将 a 相励磁，会使得磁极磁化成 s 极，而其将与带有 n极磁性的 转子 1 的小齿互相吸引，并与带有s极磁性的转子 2 的小齿相斥， 于平衡后停止。此时，没有励磁的 b相磁极的小齿和带有 s极磁性 的转子 2 的小齿互相偏离 0.72°。以上是 a 相励磁时的定子和转子小齿的位置关系。

● b相励磁

其次由 a 相励磁转为 b 相励磁时，b 相磁极磁化成 n 极，与拥有 s极磁性的转子 2 互相吸引，而与拥有 n极磁性的转子 1 相斥。

也就是说，从 a 相励磁转换至 b 相励磁时，转子转动 0.72°。由此可知， 励磁相位随 a相→ b相→ c相→ d相→ e相→ a相依次转换，则步进电动机以每次 0.72°做正确的转动。同样的，希望作反方向转动时，只需将励磁顺序倒转，依照 a相→ e相→ d相→ c相→ b相→ a相励磁即可。

0.72°的高分辨率，是取决于定子和转子构造上的机械偏移量，所以不需要编码器等即可正确的定位。下图就5相步进每次的位移量是0.72°进行更详细的说明:

由于组定子正好与转子相对应吸引。就势必会导致第二组定子与对应的转子相偏离（定子与转子齿距一样，但是各自所在的2个圆不一样大）。而这个偏离值正好是齿距的十分之一。因此普通5相步进的步距角为：360°/50齿/10=0.72°

高分辨率5相步进的步距角为：360°/100齿/10=0.36°

另外，就停止精度而言， 会影响的只有定子与转子的加工精度、组装精度、及线圈的直流电阻的不同等而已，因此可获得 ±3 分（无负载时）的高停止精度。 实际上步进电动机是由驱动器来进行励磁相的转换，而励磁相的转换时机则是由输入驱动器的脉冲信号所进行。以上举的是 1相位励磁的例子，实际运转时，为有效利用线圈同时进行 4相或 5相励磁的。

三、步进电动机的特征

1、运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机

以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉冲产生器，目前主要有、、运动板卡等等。

2、运转量与脉冲数的比例关系

3、运转速度与脉冲速度的比例关系

4、本身具有保持力

步进电机只有在通电状况下，才具备自我保持力。在停电状况下 ，自我保持力消失。

因此在升降设备传动时，务必使用附电磁刹车型步进电机。

四、结束语

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，交流电机在常规下就能使用。它必须由脉冲信号、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、及计算机等许多知识。但是万丈高楼平地起，从步进电机的基础开始学习，无疑为将来的应用打好扎实的基础。

发热是的一个普遍现象，但怎样的发热程度才算正常，以及如何尽量减小步进电机发热呢？以下是简单的分析。

1、步进电机发热的原因

1.步进电机为什么会发热对于各种步进电机而言，内部都是由铁芯和绕组线圈组成的。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成正比，这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度只要内部不超过130度，电机便不会损坏，而表面温度会在90度以下。，步进电机表面温度在70-80度都是正常的。简单的温度测量方法有用点温计的，也可以粗略判断：用手可以触摸1-2秒以上，不超过60度，用手只能碰一下，大约是70-80度，滴几滴水迅速气化，则90度以上了。

3.步进电机发热随速度变化的恒定，以保持恒力矩输出。速度高到程度，电机内部反电势升高，电流将逐步下降，力矩也会下降。，因铜损带来的发热相关了。静态和低速时却不尽然，而电机整个的发热是二者之和，上述只是一般情况了。

2、电机的发热现象的危害性

发热带来的影响电机发热虽然没必要理会。但是，严重的发热会带一些负面影响。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。又如有些场合不允许电机的过度发热，如医疗器械和高精度的测试设备等。

3、步进电机的发热问题的解决方法

1.减少电机的发热减少发热， 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，能用串联电机的就不用并联电机，但是这往往与力矩和高速的要求相抵触。

2.对于已经选定的电机，则应充分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，后者干脆将电流切断。

3.另外，细分驱动器电流波形接近正弦，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。

4.应当选择合适的驱动电压等级，兼顾高带性、平稳性和发热、噪音等指标。

总是有人问伺服与步进控制有什么不同。

正好在研究一个新的项目，抽空画个图解释一下。。

如图，上面绿色部分，模拟的是的控制。显示a。显示的是步进电机的速度。

下面蓝色部分是伺服，伺服的输入信号是b，输出信号是c.

从图上可以看出，到达匀速运动的时候，步进电机的速度是有波动的。而是没有波动的。

3d打印机原理是这样的，它其实是以一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。由于在3d打印机原理中把复杂的三维制造转化为一系列二维制造的叠加，因而可以在不用模具和工具的条件下生成几乎任意复杂的零部件，极大地提高了生产效率和制造柔性。3d打印机原理看着很简单，现在虽然有一些产品能直接打印出来，但要打印出精密产品还有很长的路要走。

主要功能满足3d打印z轴移动，采用螺杆螺母传动实现直线运动。该电机相比同行优点如下：

1、无间隙，传动精度高：电机增设消隙螺母结构，转子丝杆轴与电机本体无轴向间隙;螺母可采用两种不同材料满足不同客户要求，黄铜间隙0.1mm，可满足一般用途3d打印要求，特殊树脂材料无间隙可满足高精度3d打印要求;

2、高寿命：现常用直线螺母材料为黄铜或聚甲醛，长时间工作易磨损，影响传动精度。